固体電解質型炭酸ガスセンサ


本新技術の背景、内容、効果は次の通りである。
 
(背景)
望まれる小型かつ取り扱いの容易な炭酸ガスセンサ

 近年、室内や作業場等の換気制御や、ハウス栽培や植物工場等での生育促進のために炭酸ガス濃度をモニターする必要性が高まってきている。
 従来市販されている炭酸ガスセンサは、炭酸ガス分子が赤外線を吸収する性質を利用した赤外吸収方式によるものである。しかし、この方法による炭酸ガスセンサは(1)赤外域に吸収を持つ一酸化炭素や一酸化窒素等の共存ガスの影響を除去するため、装置が大きく高価である、(2)汚れや粉塵の影響を受けるため、頻繁な保守が必要等の問題があった。
 これまで、小型・安価かつ取り扱いが容易な炭酸ガスセンサの開発を目指し、ナトリウム系を主体とする固体電解質を用いた電気化学的研究がこれまでに数多く行われている。しかし、この方式は、水蒸気の影響を受けやすい、作動温度が高いこと等の問題から、実用化には至っていなかった。
 
(内容)
固体電解質に炭酸リチウム系を用いることで素子化された炭酸ガスセンサを構成

 本研究者らは、固体電解質材料として水との親和性が小さい炭酸リチウムに着目し、これにリン酸リチウムを添加することにより導電性が向上することを見出し、また、アルミナを添加することにより機械的強度が高まり、センサの製造に有利であることを確認した。
 本新技術は、上記の炭酸リチウム-リン酸リチウム-アルミナ系固体電解質を用いて固体電解質型炭酸ガスセンサを製造するものである。本センサは、上記の固体電解質に電子・酸素イオン混合導電体(ペロブスカイト型酸化物)である固体基準極を密着させたもので(図1)、固体電解質と固体基準極との界面で形成する酸化物と炭酸ガスとの化学反応により生ずる起電力が、被検ガス中の炭酸ガス分圧の対数に比例する原理により炭酸ガス濃度を測定するものである。
 リチウムイオンを含む本固体電解質は、原料となる炭酸リチウム、リン酸リチウム及び酸化アルミニウム粉末を混合した後に溶融、急冷固化し、これを成形・焼結して得られる。固体基準極は、ランタン塩等を含む酢酸溶液を混合し、フリーズドライした後、仮焼・焼成して得られる。そして固体電解質と固体基準極を溶着させてセンサ素子とする(図2)。
 
(効果)
期待される換気制御の能率向上や植物栽培の生育促進への応用

 本新技術による炭酸ガスセンサは次のような特徴を持つ。
1. 素子化されているため、小型にできる。
2. 測定の際に共存ガスや粉塵の影響を受けず、保守が不要である。
3. 安価に大量に製造が可能である。

従って、
 
1. 室内や作業場等の換気制御
2. 栽培ハウスや植物工場等での植物栽培の生育促進
3. 生活環境の向上や健康維持

のための炭酸ガスセンサの利用が期待される。

[注釈]
固体電解質
固体内で容易にイオンが移動し、伝導性を有する物質をさす。

電子・酸素イオン混合導電体(ペロブスカイト型酸化物)
固体電解質の一種であり、固体内で電子と酸素イオンが動くことにより伝導性を有する物質をいう。その中でもペロブスカイト型酸化物は電気抵抗が小さい、酸素イオンの移動度が高い等の特徴を有し、本センサの開発に適した固体材料である。


This page updated on April 30, 1999

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