(57)【要約】【課題】酸素ガスの非存在下であっても、また加熱環境下で無くとも水素ガスを適正に検出でき、良好な水素ガス選択性を備えた小型且つ安価な水素ガスセンサを提供する。【解決手段】カーボンナノチューブ、フラーレン、グラファイト、ナノカーボン、カーボンブラック、ナノダイアモンド、ナノポーラスカーボンの中から単一または複数種選択されるカーボンＣが分散された固体高分子電解質Ｓで構成される基材２の少なくとも一側面に触媒層３が形成され、酸素ガスの非存在下で水素ガスを検出可能な検出部を備えている水素ガスセンサ。【選択図】図１
2010197075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性粒子が分散された固体高分子電解質で構成される基材と、前記基材の少なくとも一側面に形成された触媒層により、酸素ガスの非存在下で水素ガスを検出可能な検出部が構成されている水素ガスセンサ。
【請求項２】
前記導電性粒子は、カーボン素材である請求項１記載の水素ガスセンサ。
【請求項３】
前記導電性粒子は、カーボンナノチューブ、フラーレン、グラファイト、ナノカーボン、カーボンブラック、ナノダイアモンド、ナノポーラスカーボンの中から単一または複数種選択されるカーボン素材である請求項１または２記載の水素ガスセンサ。
【請求項４】
少なくとも前記触媒層に通気性を有する電極が接合されている請求項１から３の何れかに記載の水素ガスセンサ。
【請求項５】
前記基材の一側面の一部に触媒層が形成され、少なくとも触媒層の形成領域の一部または全ての領域を覆う領域と、前記触媒層の非形成領域の夫々に、電極が離隔するように接合されている請求項１から４の何れかに記載の水素ガスセンサ。
【請求項６】
前記基材の一側面に形成された触媒層の上面に電極が接合されるとともに、前記基材の他側面に電極が接合されている請求項１から４の何れかに記載の水素ガスセンサ。
【請求項７】
前記触媒層が前記基材にスパッタリングにより担持され、水素ガスと接触することにより触媒機能を持つ金属または合金、若しくは触媒活性を有する有機金属または有機物で構成されている請求項１から６の何れかに記載の水素ガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相または液相中の水素ガス濃度を検出する水素ガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池に代表される水素エネルギーシステムを構成するうえで、水素の濃度を精度良く検出する水素ガスセンサの必要性は極めて高く、様々な水素ガスセンサが提案されている。
【０００３】
代表的なものとして、特許文献１には、熱伝導層中にヒータコイルを埋設し、該熱伝導層の表面に検知対象ガスを接触により燃焼させる燃焼触媒層を被覆し、燃焼触媒層および熱伝導層がいずれも酸化スズを主成分とする焼成材料からなる接触燃焼式ガスセンサ用検知素子が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７-２７１５５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載された接触燃焼式ガスセンサ用検知素子は、熱伝導層中にヒータコイルを埋設し、その熱伝導層の表面に検知対象ガスを接触により燃焼させる燃焼触媒層を被覆するように構成し、燃焼触媒層の表面に吸着した酸素と対象ガスとの反応に伴う電気抵抗の変化を検出するものであるため、酸素の非存在下では対象ガスを検出することができないという問題があった。
【０００６】
また、酸素分子の吸脱着を十分に生起させるべく感応部の素子温度を数百度に加熱するヒータコイルを設ける必要があるため、そのための消費電力が増加するという問題や、耐熱構造を備える必要があるという問題があり、さらには、水素ガスの他にもメタンガスや一酸化炭素ガス等の可燃性ガスにも応答し、ガス選択性が無いという問題もあった。
【０００７】
本発明の目的は、上述の問題点に鑑み、酸素ガスの非存在下であっても、また加熱環境下で無くとも水素ガスを適正に検出でき、良好な水素ガス選択性を備えた小型且つ安価な水素ガスセンサを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するため、本発明による水素ガスセンサの第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、導電性粒子が分散された固体高分子電解質で構成される基材と、前記基材の少なくとも一側面に形成された触媒層により、酸素ガスの非存在下で水素ガスを検出可能な検出部が構成されている点にある。
【０００９】
固体高分子電解質で構成される基材の少なくとも一側面に水素ガスと接触することにより触媒機能を持つ金属等でなる触媒層を形成することにより、酸素ガスの非存在下で当該触媒層に向けて水素ガスを供給したときに発電特性が現れる検出部を構成できることが、本願発明者らにより確認されている。
【００１０】
しかし、基材を固体高分子電解質のみで構成する場合には、水素ガスの非存在下での出力特性が何らかの要因によって変動するという不安定な現象が見られ、低濃度の水素ガスを効率よく検出することができず、また、このような現象により、水素ガスを検出した際の出力レベルも変動するため、水素ガス濃度を正確に検出することが困難な場合があるという問題があった。
【００１１】
そこで、本願発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、固体高分子電解質で構成される基材に導電性粒子を分散することにより、水素ガスの非存在下での出力特性が極めて安定し、酸素ガスの非存在下で水素ガス濃度を正確に検出することができるようになるという優れた特性が得られることを見出した。
【００１２】
前記固体高分子電解質に分散される導電性粒子として、カーボン素材が好適に採用でき、カーボンナノチューブ、フラーレン、グラファイト、ナノカーボン、カーボンブラック、ナノダイアモンド、ナノポーラスカーボンの中から単一または複数種選択されるカーボン素材を採用することが可能で、何れの場合にも優れた安定性が示される。
【００１３】
また、少なくとも前記触媒層に通気性を有する電極が接合されていることが好ましく、検出部へ水素ガスを供給しながら同時に発電電圧を外部に取り出せるようになる。このような電極として、例えばカーボンペーパー等を用いることができる。
【００１４】
前記基材の一側面の一部に触媒層が形成され、少なくとも触媒層の形成領域の一部または全ての領域を覆う領域と、前記触媒層の非形成領域の夫々に、電極が離隔するように接合されていることが好ましく、基材の一側面に触媒層と両電極が形成されるため、製造工程が簡素化できるのみならず、例えば基板上にこのような検出部を構成すれば、保形性を損なうことなく薄膜化することが可能となる。
【００１５】
さらに、前記基材の一側面に形成された触媒層の上面に電極が接合されるとともに、前記基材の他側面に電極が接合されていることが好ましい。例えば、可撓性を備えた基材であるため、水素ガス検知部位に組み付ける際の自由度が高くなる。
【００１６】
前記触媒層が前記基材にスパッタリングにより担持され、水素ガスと接触することにより触媒機能を持つ金属または合金、若しくは触媒活性を有する有機金属または有機物で構成されていることが好ましく、スパッタリングによれば触媒担持体上に担持される触媒の粒径分布、担持量を好適に制御することができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明した通り、本発明によれば、酸素ガスの非存在下であっても、また加熱環境下で無くとも水素ガスを適正に検出でき、良好な水素ガス選択性を備えた小型且つ安価な水素ガスセンサを提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明による水素ガスセンサの構成図
【図２】別実施形態を示す水素ガスセンサの構成図
【図３】別実施形態を示す水素ガスセンサの構成図
【図４】別実施形態を示す水素ガスセンサの構成図
【図５】別実施形態を示す水素ガスセンサの構成図
【図６】酸素ガスの非存在下での水素ガスセンサの特性試験の説明図
【図７】酸素ガスの非存在下での水素ガスセンサの感度特性図
【図８】（ａ）は酸素ガスの非存在下での異なる水素ガス濃度に対する水素ガスセンサの感度特性図、（ｂ）はそのときの水素ガスセンサのピーク値の検量線の説明図
【図９】水素ガスセンサの動作説明図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明による水素ガスセンサについて説明する。図１に示すように、水素ガスセンサ１は、カーボンＣが分散された固体高分子電解質Ｓでなる基材２の一側面に、水素ガスと接触することにより触媒機能を持つ触媒層３が形成され、当該基材２の両面に電極４（４ａ，４ｂ）が接合されている。
【００２０】
固体高分子電解質Ｓは、プロトン導電性を示すものであれば特に限定されないが、高いプロトン導電性を有するパーフルオロスルフォン酸系、パーフルオロカルボン酸系等のパーフルオロ系高分子や、Poly(styrene-ran-ethylene),sulfonated等のpartially sulfonated styrene-olefin copolymerでなる固体高分子電解質膜を採用することが好ましく、ナフィオン（デュポン社登録商標：ＮＡＦＩＯＮ）やアシプレックス（旭化成株式会社登録商標：ＡＣＩＰＬＥＸ）等が好適に使用できる。
【００２１】
固体高分子電解質Ｓに分散されるカーボンＣは、カーボンナノチューブ（以下、「ＣＮＴ」とも記す。）、フラーレン、グラファイト、ナノカーボン、カーボンブラック、ナノダイアモンド、ナノポーラスカーボンの何れかから選択することができる。また、カーボンブラックは具体的には、ファーネスブラック、チャンネルブラック、グラフトカーボン等が例示できる。
【００２２】
カーボンＣ（ＣＮＴやグラファイト等）のサイズ（粒径、または、長さや径）は特に限定されるものではないが、アスペクト比が高い方が好ましく、特に、長さ１μｍ〜５００μｍ、径５〜２００ｎｍが好ましい。
【００２３】
さらに、固体高分子電解質Ｓに分散されるカーボンＣは、一種類のカーボンに制限されるものではなく、異なる種類のＣＮＴやＣＮＴとグラファイト等、異なる種類のカーボンを混ぜ合わせても良い。
【００２４】
つまり、基材２は、固体高分子電解質にカーボンナノチューブ、フラーレン、グラファイト、ナノカーボン、カーボンブラック、ナノダイアモンド、ナノポーラスカーボンの中から選ばれた一種以上よりなるカーボン素材が混合されたカーボン含有固体高分子電解質で構成されている。
【００２５】
基材２は、例えば、水‐プロパノール等のアルコール系溶媒に固体高分子電解質を溶かして得られる固体高分子電解質溶液に、カーボンナノチューブ、フラーレン、グラファイト、ナノカーボン、カーボンブラック、ナノダイアモンド、ナノポーラスカーボンの何れかから選択されるカーボンＣを所定量混入する工程と、固体高分子電解質溶液中にカーボンＣを分散させる分散処理工程と、分散処理した後にキャスティング等により所定形状に成形する成形工程と、成形された基材を加熱乾燥して溶媒を除去する加熱乾燥工程を経て製造される。
【００２６】
アルコール系の溶媒に代えて、水‐ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）等の極性を示す有機溶媒を用いることも可能である。何れの場合でも、溶媒と、溶媒に混入されるカーボン素材の組合せによりカーボンＣの分散性は異なる。
【００２７】
加熱乾燥工程では、カーボンＣの分散状態を維持しながら加熱乾燥させるために、溶媒の組成、固体高分子電解質とカーボンの重量比等に基づいて加熱時間及び加熱温度を調整することが重要である。
【００２８】
電解質膜中にカーボンＣが分散された状態が確保できれば、固体高分子電解質とカーボンの配合比は特に制限されるものではないが、１００：１〜１０：１０が好ましい。
【００２９】
触媒層３は、上述したように水素ガスと接触することにより触媒機能を持つ金属等でなる触媒３ａが基材２の一側面にスパッタリングにより担持されて構成されている。つまり、基材２は触媒３ａの担体としても機能する。
【００３０】
スパッタリングの処理時間は９０秒未満が好ましく、さらに６０秒以下とすることがより好ましい。また、スパッタリングの際のＤＣ、ＲＦ出力値は特に制限されないが、１．２Ｗ／ｃｍ２以上とすることが好ましい。
【００３１】
触媒３ａとして、白金Ｐｔまたは白金合金が好適に用いられるが、その他に、金Ａｕ、銀Ａｇ、イリジウムＩｒ、パラジウムＰｄ、ルテニウムＲｕ、オスミウムＯｓ、コバルトＣｏ、ニッケルＮｉ、タングステンＷ、モリブデンＭｏ、マンガンＭｎ、イットリウムＹ、バナジウムＶ、ニオブＮｂ、チタンＴｉ、希土類金属、から選択される少なくとも一種を含む金属を用いることができ、さらには金属触媒に代えてモリブデンカーバイドＭｏ２Ｃ等の炭化物を用いることも可能である。これらの触媒は一種類を単独で用いてもよいし、複数を併用してもよく、これらの一部または全部を合金形態で使用してもよい。
【００３２】
また、触媒層３は、水素ガスと接触することにより触媒活性を有する有機金属または有機物でなる触媒３ａを基材２の一側面に担持させることにより構成するものであってもよい。
【００３３】
このような有機金属触媒として、例えば、N,N’-Bis(salicylidene)ethylene-diamino-metal(=Ni, Fe, Vなど)、N,N’-mono-8-quinoly-σ-phenylenediamino-metal(=Ni, Fe, Vなど)等を用いることができ、有機物としては、例えばピロロピロール赤色顔料、ジピリジル誘導体を用いることができる。
【００３４】
電極４は、基材２の一側面に触媒層３が形成された検出部に、少なくとも水素ガスが接触可能な構成であればよく、多数の細孔が形成された銅ニッケル合金薄膜や、良好な導電性を備えた金属ポーラス焼結体で構成することも可能である。
【００３５】
さらに、電極４は、良導体である金属で構成するものに限らず、導電性及び通気性を有するカーボンペーパーまたはカーボンクロスで構成することも可能である。
【００３６】
上述の水素ガスセンサ１の触媒層３側の電極４ａに水素ガスが流入すると、触媒の作用により水素が水素イオンと電子に分解され、電子が電極４ａに接続された外部回路に供給される。つまり、触媒層３が形成された側の電極４ａが負極となる。このとき水素ガス濃度と相関関係を有する電流値または電圧値を外部回路で検出することにより水素ガス濃度を検出することができる。
【００３７】
図９（ａ），（ｂ）には、カーボン素材を含まない固体高分子電解質のみで構成される基材２の一側面に触媒層３が形成され、基材２の両側面に電極４が接合された水素ガスセンサが示されている。基材２を固体高分子電解質のみで構成する場合には、固体高分子電解質の材料や成膜状態により基材２内部に局在的な電位が発生するためか、水素ガスの非存在下で両電極間４ａ，４ｂに僅かな電圧（Ｖｏ）が検知され、その値は温度や湿度等の何らかの影響により変動する不安定な状態となる。
【００３８】
そのような不安定な状態で触媒層３側の電極４に水素ガスが供給されると、同じ水素ガス濃度であっても、その時々で検出電圧（Ｖｏ＋ΔＶ）が変動して正確な値を検知できない場合がある。
【００３９】
しかし、図９（ｃ）に示すように、固体高分子電解質にカーボン（図中、ＣＮＴで示す）を分散させた基材２を用いて水素ガスセンサを構成すると、基材２中のカーボンの導電性作用により、膜内部の部分的な不均一性により生じる局在的な電位が解消されるためか、水素ガスの非存在下での検出電圧がほぼ０Ｖに安定する。その結果、図９（ｄ）に示すように、触媒層３側に供給された水素ガスの濃度と相関を有する出力電圧ΔＶが正確に検出できるようになると推測される。
【００４０】
上述した水素ガスセンサ１は、少なくとも触媒層３が形成された電極４ａ側が水素ガスに曝気されるように配置し、両電極４ａ，４ｂ間に電圧検出回路６を備えることにより検出対象ガスに含まれる水素ガス濃度を計測することができる。
【００４１】
また、図２（ａ），（ｂ）に示すように、電極４ａに検出対象ガスが均一に供給されるように、触媒層３が形成された電極４ａの表面または裏面にカーボンペーパーやカーボンクロス等でなるガス拡散層７を設けてもよい。さらに、電極４ａの対向電極４ｂと基材２との間にカーボンペーパー８等を介在させると、電極４ｂの耐蝕性の観点で好ましい。同様に、電極４ａと基材２との間にカーボンペーパー８等を介在させると、電極４ａの耐蝕性の観点で好ましい。
【００４２】
上述の実施形態では、基材２に触媒３ａを直接スパッタして触媒層３を形成するものを説明したが、例えば、基材２の一側面にカーボン繊維やカーボンナノチューブ等を塗布して形成された塗布層の上面に触媒３ａを担持させるように構成してもよく、カーボンナノチューブを用いる場合には、その比表面積の大きさから触媒担持体として非常に優れた特性を示すようになる。
【００４３】
さらに、触媒層３をスパッタリングにより形成する以外に、公知の方法、例えば、真空蒸着、電子照射、ＣＶＤ、ＰＶＤ、含浸、スプレーコート、スプレー熱分解、練りこみ、吹き付け、ロールやコテによる塗り付け、スクリーン印刷、混錬法、光電解法、コーティング法、ゾルゲル法、ディップ法等を採用して触媒層３を形成することも可能である。
【００４４】
上述した実施形態では、水素ガスセンサ１が、それ自体で保形性を有するように構成された自立型の例を説明したが、本発明による水素ガスセンサ１は、基板上に薄膜形成プロセスを用いて構成することもできる。
【００４５】
例えば、図３に示すように、基板１０上に薄膜の電極４ｂをスクリーン印刷等によって形成し、その上面に、カーボンＣが分散された固体高分子電解質溶液を滴下して加熱乾燥させた薄膜の基材２を形成し、さらにその上面に、触媒層３及び通気性の電極４ａを順番に形成することにより、水素ガスセンサ１を構成することができる。尚、触媒層３及び通気性の電極４ａは、スパッタ法や蒸着法等の公知の膜成形技術を採用して形成することができる。
【００４６】
また、図４に示すように、基板１０上にカーボンＣが分散された固体高分子電解質溶液を滴下して加熱乾燥させた薄膜の基材２を形成し、その上面の一部領域に触媒層３を形成するとともに、その上面に通気性の電極を形成し、基材２の上面であって触媒層３の形成領域とは異なる領域に電極３ｂを形成することにより、水素ガスセンサ１を構成することができる。
【００４７】
さらに、図５に示すように、基板１０上に離隔された二つの電極４ａ，４ｂを形成し、一方の両電極４ａの上面に触媒層３を形成し、両電極４ａ，４ｂを被覆するように、カーボンＣが分散された固体高分子電解質溶液を滴下した後に、加熱乾燥させた薄膜の基材２を形成することにより、水素ガスセンサ１を構成することができる。この場合、水素ガスは基材２を介して触媒層３に達する。
【００４８】
図３から図５に示す構成では、基材２の一側面に触媒層３と両電極４が形成されるため、製造工程が簡素化できるのみならず、例えば基板上にこのような検出部を構成すれば、保形性を損なうことなく薄膜化した小型の水素ガスセンサを製造することが可能となる。
【００４９】
以上説明した実施形態では、固体高分子電解質に導電性粒子として、カーボン素材を分散させた基材を用いた水素ガスセンサを説明したが、カーボン素材に替えて固体高分子電解質に導電性樹脂等、カーボン素材以外の導電性粒子を採用してもよい。
【実施例】
【００５０】
固体高分子電解質でなる基材として、スルフォン化スチレンエチレン共重合体に、ＣＮＴを固形分比率６．９ｗｔ％添加した固体高分子膜を採用して、水素ガスセンサを作製し、当該水素ガスセンサの水素ガス感度特性を評価した。
【００５１】
先ず、溶媒としてのＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（以下、「ＤＭＦ」と記す）に対して固形分比率が５ｗｔ％となるようにスルフォン化スチレンエチレン共重合体を溶解して、スルフォン化スチレンエチレン共重合体溶液を準備する。
【００５２】
カーボン素材としてカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）をＤＭＦに溶解し、準備したスルフォン化スチレンエチレン共重合体溶液と混合し、超音波ホモジナイザーで１０分間分散し、スターラーで３０分間攪拌する。
【００５３】
このスルフォン化スチレンエチレン共重合体溶液をキャスト用の金型枠に１０ｍＬ滴下し、温度１１０℃で６時間乾燥させて硬化させる。硬化した電解質膜を金型から剥離して、シート状に硬化した膜厚約２００μｍのスルフォン化スチレンエチレン共重合体＋ＣＮＴ６．９ｗｔ％添加電解質膜が得られる。
【００５４】
次に、十分に硬化されたスルフォン化スチレンエチレン共重合体＋ＣＮＴ６．９ｗｔ％添加電解質膜の一側面に、スパッタ法により触媒層となる白金層を被着させる。具体的には、ターゲットに白金を用い、出力３００ｍＷ、回転速度１．６ｒｐｍ、スパッタ処理時間３０秒、不活性ガス雰囲気としてアルゴンガス雰囲気を形成する。ガス流量は例えば２０ｃｃ／ｍｉｎである。
【００５５】
スルフォン化スチレンエチレン共重合体＋ＣＮＴ６．９ｗｔ％添加電解質膜を直径１３ｍｍの円形に切り出し、通気性電極としてのカーボンペーパーと、電極として同径のドーナツ型のステンレス製のワッシャーにより挟持して、本発明による水素ガスセンサが得られる。
【００５６】
さらに、本発明による水素ガスセンサと対比するために、カーボンが分散させず、固体高分子電解質のみによる基材を用いた水素ガスセンサを、以下の手順により試作した。
【００５７】
スルフォン化スチレンエチレン共重合体溶液（ＡＬＤＲＩＣＨ製Poly(styrene-ran-ethylene),sulfonated,5wt.% solution in 1-propanol）をキャスト用の金型枠に１０ｍＬ滴下し、温度８０℃で６時間乾燥させて硬化させる。硬化した電解質膜を金型から剥離して、シート状に硬化した膜厚約２００μｍのスルフォン化スチレンエチレン共重合体電解質膜が得られる。
【００５８】
次に、十分に硬化された前記スルフォン化スチレンエチレン共重合体電解質膜の一側面に、スパッタ法により白金層を被着させる。具体的には、ターゲットに白金を用い、出力３００ｍＷ、回転速度１．６ｒｐｍ、スパッタ処理時間３０秒、不活性ガス雰囲気としてアルゴンガス雰囲気を形成する。ガス流量は例えば２０ｃｃ／ｍｉｎとする。
【００５９】
スルフォン化スチレンエチレン共重合体電解質膜を直径１３ｍｍの円形に切り出し、通気性電極としてのカーボンペーパーと、電極として同径のドーナツ型のステンレス製のワッシャーにより挟持して、対比用の水素ガスセンサ１Ａが得られる。
【００６０】
図６に示すように、デシケータ２０の内部に本発明による水素ガスセンサ１を設置して、ケーシングにシールしたリード線２４を介して、水素ガスセンサ１と岩通計測株式会社製デジタルマルチメータ（ＭＵＬＴＩＭＥＴＥＲ  ＶＯＡＣ  ７４１１）２５とを接続する。
【００６１】
デシケータ２０を、バルブＶ１を介して真空ポンプ２１に接続するとともに、バルブＶ２を介して窒素ガスボンベ２２に接続し、真空ポンプ２１で容器内を真空に引いた後に、窒素ガスボンベ２２から大気圧まで窒素ガスを充填する作業を三回繰り返し容器内から酸素ガスを除去する。
【００６２】
次に、バルブＶ２に濃度４％の水素ガスが含まれる窒素ガスボンベ２３を接続し、真空ポンプ２１で容器内を真空に引いた後に、バルブＶ２を開いて容器内に濃度４％の水素ガスが含まれる窒素ガスを大気圧まで充填し、そのときの水素ガスセンサ１の出力電圧をデジタルマルチメータで計測した。
【００６３】
次に、デシケータ２０の内部に対比用の水素ガスセンサ１Ａを設置して、同様の手順で、対比用の水素ガスセンサ１Ａの出力電圧をデジタルマルチメータで計測した。
【００６４】
図７に示すように、本発明による水素ガスセンサ１の出力電圧は、酸素ガス及び水素ガスが存在しない真空中で、０Ｖの安定した出力電圧が維持され、濃度４％の水素ガスを充填すると、ピーク値で約０．８Ｖの出力電圧が計測された。
【００６５】
一方、対比用の水素ガスセンサ１Ａの出力電圧は、酸素ガス及び水素ガスが存在しない真空中で、−０．２８Ｖの出力電圧が確認され、濃度４％の水素ガスを充填すると、約０．６Ｖの出力電圧が計測された。
【００６６】
このような測定を複数回行なったところ、上述と同様の感度特性が再現されることが確認されたが、対比用の水素ガスセンサ１Ａは、測定の度に酸素ガス及び水素ガスが存在しない真空中での出力電圧は変動する現象が確認された。
【００６７】
次に、デシケータ２０の内部に本発明による水素ガスセンサ１を設置して、上述と同様の手順で、濃度４％、２％、１％の各水素ガスが混入された窒素ガスボンベを用いて、水素ガスセンサ１の出力電圧を計測した結果、図８（ａ）に示すような感度特性が得られ、図８（ｂ）に示すような水素ガス濃度とピーク値の出力電圧の相関が得られた。
【００６８】
さらに、被検出ガスとしてメタンガス及び一酸化炭素ガスに対して同様の実験を行なったが、何れも出力の変化が現れなかった。このことから、ガス選択性も備えていることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明による水素ガスセンサは、水素ガスをエネルギー源とする燃料電池システムに極めて有用で、水素ガスタンクや水素ガス供給管内の水素濃度の検出や漏洩検出等、酸素ガスの非存在下で水素ガス濃度を検知する必要がある場合に好適に用いることができる。
【００７０】
また、半導体製造プラントの熱処理装置での水素濃度監視や水素ガスの漏洩検知にも好適に用いることができる。例えば、水素ガス或は水素ガスと窒素ガスの混合ガスを用いた界面処理のための熱処理工程等で水素ガス濃度の監視等に用いることができる。
【符号の説明】
【００７１】
１：水素ガスセンサ
２：基材
３：触媒層
３ａ：触媒
４，４ａ，４ｂ：電極
６：計測器（電圧検出回路）
７，８：ガス拡散層
Ｃ：カーボン
Ｓ：固体高分子電解質
【図１】
2010197075.tif 000003
【図２】
2010197075.tif 000004
【図３】
2010197075.tif 000005
【図４】
2010197075.tif 000006
【図５】
2010197075.tif 000007
【図６】
2010197075.tif 000008
【図７】
2010197075.tif 000009
【図８】
2010197075.tif 000010
【図９】
2010197075.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成21年2月24日(2009.2.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
2010197075.tif 000012