【誤訳訂正書】
【提出日】平成29年5月19日(2017.5.19)
【誤訳訂正１】
【訂正対象書類名】特許請求の範囲
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合内部基準電極と、感知電極と、固体電解質とを備える、内部基準酸素センサ（ＩＲＯＳ）であって、前記複合内部基準電極は、二元混合金属／金属酸化物と、電極材料としてイオン伝導性および電子伝導性を提供するさらなる材料または材料混合物とを含み、
前記複合内部基準電極材料の構造は、３次元網構造であり、前記二元金属／金属酸化物の粒子と、前記電極材料としてイオン伝導性および電子伝導性を提供するさらなる材料または材料混合物の粒子は、前記電極全体内に微細に分散され、前記二元混合金属／金属酸化物の粒子および／または前記イオン伝導性および電子伝導性を提供するさらなる材料または材料混合物の粒子のサイズは、１００ｎｍ未満の範囲内にある、内部基準酸素センサ（ＩＲＯＳ）。
【請求項２】
前記イオン伝導性および電子伝導性を提供するさらなる材料または材料混合物は、セラミック材料および耐火性酸化物の中から選択される、請求項１に記載のＩＲＯＳ。
【請求項３】
前記イオン伝導性および電子伝導性を提供するさらなる材料または材料混合物は、
１）式中、Ｐ＝Ｌａ、Ｓｒ、およびＭ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌである、一般式：ＰＭＯ３の非ドープペロブスカイトと、
２）式中、Ｐ＝Ｌａ、Ｓｒ、およびＭ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌである、一般式：Ｐ２ＭＯ４の非ドープペロブスカイト型構造を伴う層状酸化物と、
３）式中、Ｐ＝Ｌａ、Ｙ、Ｐｒ、Ｔｂ、Ｑ＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、およびＭ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ（０≦ｘ≦１および０＜ｙ≦１）である、一般式：（Ｐ１−ｘＱｘ）ｙＭＯ３のＡサイトドープペロブスカイトと、
４）式中、ＰおよびＱのために選定される元素が相互に異なるように、Ｐ＝Ｙ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｑ＝Ｙ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、ＭおよびＮのために選定される元素が相互に異なるように、Ｍ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ、およびＮ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ（０≦ｘ≦１および０≦ｙ≦１）である、一般式：（Ｐ１−ｘＱｘ）Ｍ１−ｙＮｙＯ３のＡサイトおよびＢサイトドープペロブスカイトと、
５）ジルコニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａである、ＺｒＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＺｒＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＺｒＯ２−Ｂｉ２Ｏ３−Ｍ２Ｏ３と、
６）ハフニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａである、ＨｆＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＨｆＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
７）セリア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒである、ＣｅＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＣｅＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
８）トリア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａである、ＴｈＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＴｈＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
９）ウラニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａである、ＵＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＵＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
１０）ビスマス酸化物系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｂである、Ｂｉ２Ｏ３−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂである、Ｂｉ２Ｏ３−Ｍ２Ｏ３と、
Ｂｉ２Ｏ３−ＷＯ３と、
Ｂｉ２Ｏ３・（ＰｂＯ）１−ｘ・（ＣａＯ）ｘ（０≦ｘ≦１）と、
１１）酸素飽和蛍石：
ＣａＦ２−ＣａＯと、
ＢａＦ２−ＢａＯと、
任意のそれらの混合物と、
の中から選択される、請求項１または２に記載のＩＲＯＳ。
【請求項４】
前記二元混合金属／金属酸化物は、ニッケル／酸化ニッケル、パラジウム／酸化パラジウム、鉄／酸化鉄、コバルト／酸化コバルト、銅／酸化銅、タングステン／酸化タングステン、チタン／酸化チタン、バナジウム／酸化バナジウム、クロム／酸化クロム、マンガン／酸化マンガン、亜鉛／酸化亜鉛、ニオブ／酸化ニオブ、モリブデン／酸化モリブデン、ルテニウム／酸化ルテニウム、ロジウム／酸化ロジウム、銀／酸化銀、カドミウム／酸化カドミウム、インジウム／酸化インジウム、スズ／酸化スズ、アンチモン／酸化アンチモン、テルル／酸化テルル、タンタル／酸化タンタル、レニウム／酸化レニウム、オスミウム／酸化オスミウム、イリジウム／酸化イリジウム、白金／酸化白金、タリウム／酸化タリウム、鉛／酸化鉛の中から選択される、請求項１から３のいずれかに記載のＩＲＯＳ。
【請求項５】
前記複合内部基準電極は、前記イオン伝導性および電子伝導性を提供するさらなる材料または材料混合物と前記二元混合金属／金属酸化物の金属酸化物と混合することによって得られ、前記二元混合金属／金属酸化物の金属は、前記金属酸化物の電気化学還元による原理内部基準電極構造の形成後、調製される、請求項１から４のいずれかに記載のＩＲＯＳ。
【請求項６】
前記感知電極は、イオン伝導性および電子伝導性を提供する材料または材料混合物を含む、複合感知電極である、請求項１から５のいずれかに記載のＩＲＯＳ。
【請求項７】
前記複合感知電極材料の構造は、３次元網構造であり、イオン伝導性を提供する材料の粒子および電子伝導性を提供する材料の粒子は、前記電極全体内に微細に分散される、請求項６に記載のＩＲＯＳ。
【請求項８】
前記イオン伝導性を提供する材料の粒子および／または前記電子伝導性を提供する材料の粒子のサイズは、２００μｍ未満の範囲内にある、請求項７に記載のＩＲＯＳ。
【請求項９】
前記イオン伝導性を提供する材料の粒子および／または前記電子伝導性を提供する材料の粒子のサイズは、１００ｎｍ未満の範囲内にある、請求項８に記載のＩＲＯＳ。
【請求項１０】
前記イオン伝導性を提供する材料は、セラミック材料および耐火性酸化物の中から選択される、請求項８から９のいずれかに記載のＩＲＯＳ。
【請求項１１】
イオン伝導性を提供する材料は、
１）式中、Ｐ＝Ｌａ、Ｓｒ、およびＭ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌである、一般式：ＰＭＯ３の非ドープペロブスカイトと、
２）式中、Ｐ＝Ｌａ、Ｓｒ、およびＭ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌである、一般式：Ｐ２ＭＯ４の非ドープペロブスカイト型構造を伴う層状酸化物と、
３）式中、Ｐ＝Ｌａ、Ｙ、Ｐｒ、Ｔｂ、Ｑ＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、およびＭ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ（０≦ｘ≦１および０＜ｙ≦１）である、一般式：（Ｐ１−ｘＱｘ）ｙＭＯ３のＡサイトドープペロブスカイトと、
４）式中、ＰおよびＱのために選定される元素が相互に異なるように、Ｐ＝Ｙ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｑ＝Ｙ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、ＭおよびＮのために選定される元素が相互に異なるように、Ｍ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ、およびＮ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ（０≦ｘ≦１および０≦ｙ≦１）である、一般式：（Ｐ１−ｘＱｘ）Ｍ１−ｙＮｙＯ３のＡサイトおよびＢサイトドープペロブスカイトと、
５）ジルコニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａである、ＺｒＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＺｒＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＺｒＯ２−Ｂｉ２Ｏ３−Ｍ２Ｏ３と、
６）ハフニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａである、ＨｆＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＨｆＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
７）セリア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒである、ＣｅＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＣｅＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
８）トリア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａである、ＴｈＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＴｈＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
９）ウラニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａである、ＵＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＵＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
１０）ビスマス酸化物系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｂである、Ｂｉ２Ｏ３−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂである、Ｂｉ２Ｏ３−Ｍ２Ｏ３と、
Ｂｉ２Ｏ３−ＷＯ３と、
Ｂｉ２Ｏ３・（ＰｂＯ）１−ｘ・（ＣａＯ）ｘ（０≦ｘ≦１）と、
１１）酸素飽和蛍石：
ＣａＦ２−ＣａＯと、
ＢａＦ２−ＢａＯと、
任意のそれらの混合物と、
の中から選択される、請求項６または１０のいずれかに記載のＩＲＯＳ。
【請求項１２】
前記複合感知電極の電子伝導性を提供する材料は、セラミック材料および耐火性酸化物の中から選択される、請求項６から１１のいずれかに記載のＩＲＯＳ。
【請求項１３】
前記複合感知電極の電子伝導性を提供する材料は、
１）式中、Ｐ＝Ｌａ、Ｓｒ、およびＭ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌである、一般式：ＰＭＯ３の非ドープペロブスカイトと、
２）式中、Ｐ＝Ｌａ、Ｓｒ、およびＭ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌである、一般式：Ｐ２ＭＯ４の非ドープペロブスカイト型構造を伴う層状酸化物と、
３）式中、Ｐ＝Ｌａ、Ｙ、Ｐｒ、Ｔｂ、Ｑ＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、およびＭ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ（０≦ｘ≦１および０＜ｙ≦１）である、一般式：（Ｐ１−ｘＱｘ）ｙＭＯ３のＡサイトドープペロブスカイトと、
４）式中、ＰおよびＱのために選定される元素が相互に異なるように、Ｐ＝Ｙ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｑ＝Ｙ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、ＭおよびＮのために選定される元素が相互に異なるように、Ｍ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ、およびＮ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ（０≦ｘ≦１および０≦ｙ≦１）である、一般式：（Ｐ１−ｘＱｘ）Ｍ１−ｙＮｙＯ３のＡサイトおよびＢサイトドープペロブスカイトと、
５）ジルコニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａである、ＺｒＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＺｒＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＺｒＯ２−Ｂｉ２Ｏ３−Ｍ２Ｏ３と、
６）ハフニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａである、ＨｆＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＨｆＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
７）セリア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒである、ＣｅＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＣｅＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
８）トリア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａである、ＴｈＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＴｈＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
９）ウラニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａである、ＵＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＵＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
１０）ビスマス酸化物系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｂである、Ｂｉ２Ｏ３−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂである、Ｂｉ２Ｏ３−Ｍ２Ｏ３と、
Ｂｉ２Ｏ３−ＷＯ３と、
Ｂｉ２Ｏ３・（ＰｂＯ）１−ｘ・（ＣａＯ）ｘ（０≦ｘ≦１）と、
１１）酸素飽和蛍石：
ＣａＦ２−ＣａＯと、
ＢａＦ２−ＢａＯと、
任意のそれらの混合物と、
の中から選択される、請求項１０または１２に記載のＩＲＯＳ。
【請求項１４】
前記電解質は、
１）ジルコニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａである、ＺｒＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＺｒＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＺｒＯ２−Ｂｉ２Ｏ３−Ｍ２Ｏ３と、
２）ハフニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａである、ＨｆＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＨｆＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
３）セリア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａである、ＣｅＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＣｅＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
４）トリア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａである、ＴｈＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＴｈＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
５）ウラニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａである、ＵＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＵＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
６）ビスマス酸化物系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｂである、Ｂｉ２Ｏ３−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂである、Ｂｉ２Ｏ３−Ｍ２Ｏ３と、
Ｂｉ２Ｏ３−ＷＯ３と、
Ｂｉ２Ｏ３・（ＰｂＯ）１−ｘ・（ＣａＯ）ｘ（０≦ｘ≦１）と、
７）酸素飽和蛍石：
ＣａＦ２−ＣａＯと、
ＢａＦ２−ＢａＯと、
任意のそれらの混合物と、
の中から選択される、請求項１から１３のいずれかに記載のＩＲＯＳ。
【請求項１５】
複合内部基準電極であって、前記複合内部基準電極は、二元混合金属／金属酸化物と、電極材料としてイオン伝導性および電子伝導性を提供するさらなる材料または材料混合物とを含み、
前記複合内部基準電極材料の構造は、３次元網構造であり、前記二元金属／金属酸化物の粒子と、前記電極材料としてイオン伝導性および電子伝導性を提供するさらなる材料または材料混合物の粒子とは、前記電極全体内に微細に分散され、前記二元混合金属／金属酸化物の粒子および／または前記イオン伝導性および電子伝導性を提供するさらなる材料または材料混合物の粒子のサイズは、１００ｎｍ未満の範囲内にある、複合内部基準電極。
【請求項１６】
前記複合感知電極は、イットリア安定化ジルコニアと（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ３の混合物をさらに含む、請求項６から１４のいずれかに記載のＩＲＯＳ。
【誤訳訂正２】
【訂正対象書類名】明細書
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】内部基準電極を採用するセンサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規内部基準電極ならびに改良された内部基準酸素センサのための新規感知電極およびそれを採用するセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
先行技術
酸素センサは、食品産業、溶接用途において使用される不活性ガスの酸素含有量の制御だけではなく、また、燃焼プロセスの制御のため等、種々の用途において採用されている。加えて、酸素センサはまた、窒素酸化物センサおよび広範囲空気対燃料酸素センサ等の他の電気化学デバイスのための成分としても使用される。
【０００３】
電気化学酸素センサは、基準電極と、感知電極と、基準電極を感知電極から分離する固体電解質とを備える。酸素センサは、以下のネルンストの式によって作用する。
【０００４】
【数１】
2015514988.tif 000001
【０００５】
式中、Ｖｃｅｌｌは、セル電圧であって、Ｒは、ガス定数８．３１４Ｊ・ｍｏｌ−１・Ｋ−１であって、Ｔは、ケルビン温度であって、Ｆは、ファラデー定数９６４８５Ｃ・ｍｏｌ−１であって、ｐＳおよびｐＲは、それぞれ、感知電極および基準電極における酸素分圧である。安定化ＺｒＯ２、ＣｅＯ２、およびＴｈＯ２等の酸化物イオン導体は、固体電解質のために使用される周知の材料であるが、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）は、最も頻繁に採用される。セル電圧Ｖｃｅｌｌは、２つの電極間、すなわち、基準電極および感知電極の酸素分圧の差異によって発生する。感知電極における酸素含有量、すなわち、ｐＳを判定するために、基準電極における酸素含有量ｐＲが、既知でなければならない。約０．２バールの既知の酸素分圧を伴う空気が、一般に、基準電極のために明確な酸素分圧を提供するために使用される。しかしながら、基準空気の送達は、かなり複雑なセンサ構造を要求し、そのようなセンサのより広範な使用を妨害し、いくつかの用途では、基準空気の送達は、非常に困難であって、または不可能でさえある。
【０００６】
基準空気が金属およびその酸化物の二元混合物によって取って代わられる、内部基準酸素センサを開発する努力がなされてきた。ギブズの相律によると、そのような二元混合物の平衡酸素分圧は、所与の温度に固定され、熱力学によって判定されることができる。故に、本判定可能酸素分圧は、基準酸素含有量として使用されることができ、試料ガスの未知の酸素含有量は、ネルンストの式から求められることができる。
【０００７】
金属およびその酸化物の二元混合物から作製されたそのような基準電極を備える、内部基準酸素センサは、それぞれ、米国特許第４３４５９８５号、米国特許第４１０７０１９号、米国特許第５３０８４６９号、米国特許第５８２７４１５号、米国特許出願公開第２００９／００７８０２５号、Ｊ．  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．  Ｓｏｃ．  １４８  Ｇ９１−９４、Ｒｅｖ．  Ｓｃｉ．  Ｉｎｓｔｒｕｍ．  ７３  １５６−１６１およびＳｅｎｓ．  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ｂ１２４  １９２−２０１に説明されている。しかしながら、これらの内部基準酸素センサは、大方の場合、不適切な電極構造によって生じる、特に、安定性、正確度、および再現性の側面における不満足な性能のため、商業用途を見出していない。公知の内部基準酸素センサの感知電極は、銀または白金等の貴金属から作製される。しかしながら、我々の実験研究では、これらの貴金属は、不良な測定正確度をもたらし得ることが明らかとなっている。
【０００８】
明白に、実践用途に広く受け入れられ得るように、本内部基準酸素センサの性能を改善する必要性が存在する。驚くべきことに、本発明の発明者らは、金属およびその酸化物の金属二元混合物に対して、さらなる材料を含めることによって、電極材料が、正確、高速、かつ安定した応答によって示されるような優れた性能等、優れた特性を保有して形成されることを見出した。一方、セル性能および加工は両方とも、高度に再現性である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第４３４５９８５号明細書
【特許文献２】米国特許第４１０７０１９号明細書
【特許文献３】米国特許第５３０８４６９号明細書
【特許文献４】米国特許第５８２７４１５号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００９／００７８０２５号
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ｊ．  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．  Ｓｏｃ．  １４８  Ｇ９１−９４
【非特許文献２】Ｒｅｖ．  Ｓｃｉ．  Ｉｎｓｔｒｕｍ．  ７３  １５６−１６１
【非特許文献３】Ｓｅｎｓ．  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ｂ１２４  １９２−２０１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
発明の目的
本発明の目的は、酸素センサ内で使用される改良された内部基準電極を提供することである。さらなる目的は、特に、電極材料として、白金または銀の使用を回避する、酸素センサ内で使用される改良された感知電極を提供することである。最後に、本発明は、新規内部基準電極と、随意に、新規感知電極とを備える、新規および改良された酸素センサを提供することを狙いとする。以下から、本発明による内部基準酸素センサが、正確、高速、かつ安定した応答によって示されるような優れた性能を有することが分かる。一方、セル性能および加工は両方とも、高度に再現性である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
発明の簡単な説明
これらの目的は、特許請求項において定義されるような主題によって解決された。さらに好ましい実施形態は、以下に説明される。一方の用語「複合感知電極」、「感知電極」、および「ＳＥ」と、他方の「複合内部基準電極」、「内部基準電極」、および「ＩＲＥ」は、本明細書では同じ意味で使用され、これらは、同一の主題を指す。
【００１３】
本発明は、特に、既存の技術と比較して、標準的空気基準酸素センサの回避のため、取付がより容易である、基準および感知電極を提供する。本発明による、内部基準電極（ＩＲＥ）ならびに感知電極（ＳＥ）を備える、酸素センサは、内部基準酸素センサ（ＩＲＯＳ）と称され、高度に信頼性があって、かつ再現性のある測定結果を可能にし、優れた安定性、高速応答、および典型的には、４００℃範囲を上回る温度で作用する、従来のＩＲＯＳの作業温度と比較して、約２６０℃と低い好適な作業温度を示す。特に、白金等の高価な電極材料の使用は、回避されることができる。
一実施形態において、例えば、以下の項目が提供される。
（項目１）
複合内部基準電極と、感知電極と、固体電解質とを備える、内部基準酸素センサ（ＩＲＯＳ）であって、前記複合内部基準電極は、二元混合金属／金属酸化物と、電極材料としてイオン伝導性および電子伝導性を提供するさらなる材料または材料混合物とを含む、内部基準酸素センサ（ＩＲＯＳ）。
（項目２）
前記複合内部基準電極材料の構造は、３次元網構造であって、前記二元金属／金属酸化物の粒子と、前記電極材料としてイオン伝導性および電子伝導性を提供するさらなる材料または材料混合物の粒子は、前記電極全体内に微細に分散される、項目１に記載のＩＲＯＳ。
（項目３）
前記二元混合金属／金属酸化物の粒子および／または前記イオン伝導性および電子伝導性を提供するさらなる材料または材料混合物の粒子のサイズは、２００μｍ未満の範囲内にある、項目２に記載のＩＲＯＳ。
（項目４）
前記二元混合金属／金属酸化物の粒子および／または前記イオン伝導性および電子伝導性を提供するさらなる材料または材料混合物の粒子のサイズは、１００ｎｍ未満の範囲内にある、項目３に記載のＩＲＯＳ。
（項目５）
前記イオンおよび電子伝導性を提供するさらなる材料または材料混合物は、セラミック材料および耐火性酸化物の中から選択される、項目１から４のいずれかに記載のＩＲＯＳ。（項目６）
前記イオンおよび電子伝導性を提供するさらなる材料または材料混合物は、
１）式中、Ｐ＝Ｌａ、Ｓｒ、およびＭ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌである、一般式：ＰＭＯ３の非ドープペロブスカイトと、
２）式中、Ｐ＝Ｌａ、Ｓｒ、およびＭ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌである、一般式：Ｐ２ＭＯ４の非ドープペロブスカイト型構造を伴う層状酸化物と、
３）式中、Ｐ＝Ｌａ、Ｙ、Ｐｒ、Ｔｂ、Ｑ＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、およびＭ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ（０≦ｘ≦１および０＜ｙ≦１、好ましくは、０．２５≦ｘ≦０．５５および０．９５≦ｙ≦１）である、一般式：（Ｐ１−ｘＱｘ）ｙＭＯ３のＡサイトドープペロブスカイトと、
４）式中、ＰおよびＱのために選定される元素が相互に異なるように、Ｐ＝Ｙ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｑ＝Ｙ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、ＭおよびＮのために選定される元素が相互に異なるように、Ｍ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ、およびＮ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ（０≦ｘ≦１および０≦ｙ≦１、好ましくは、０．２５≦ｘ≦０．５５および０．２５≦ｙ≦０．５５）である、一般式：（Ｐ１−ｘＱｘ）Ｍ１−ｙＮｙＯ３のＡサイトおよびＢサイトドープペロブスカイトと、
５）ジルコニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａである、ＺｒＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＺｒＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＺｒＯ２−Ｂｉ２Ｏ３−Ｍ２Ｏ３と、
６）ハフニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａである、ＨｆＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＨｆＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
７）セリア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒである、ＣｅＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＣｅＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
８）トリア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａである、ＴｈＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＴｈＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
９）ウラニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａである、ＵＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＵＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
１０）ビスマス酸化物系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｂである、Ｂｉ２Ｏ３−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂである、Ｂｉ２Ｏ３−Ｍ２Ｏ３と、
Ｂｉ２Ｏ３−ＷＯ３と、
Ｂｉ２Ｏ３・（ＰｂＯ）１−ｘ・（ＣａＯ）ｘ（０≦ｘ≦１、好ましくは、０．４≦ｘ≦０．８）と、
１１）酸素飽和蛍石：
ＣａＦ２−ＣａＯと、
ＢａＦ２−ＢａＯと、
任意のそれらの混合物と、
の中から選択される、項目１から５のいずれかに記載のＩＲＯＳ。
（項目７）
前記二元混合金属／金属酸化物は、ニッケル／酸化ニッケル、パラジウム／酸化パラジウム、鉄／酸化鉄、コバルト／酸化コバルト、銅／酸化銅、タングステン／酸化タングステン、チタン／酸化チタン、バナジウム／酸化バナジウム、クロム／酸化クロム、マンガン／酸化マンガン、亜鉛／酸化亜鉛、ニオブ／酸化ニオブ、モリブデン／酸化モリブデン、ルテニウム／酸化ルテニウム、ロジウム／酸化ロジウム、銀／酸化銀、カドミウム／酸化カドミウム、インジウム／酸化インジウム、スズ／酸化スズ、アンチモン／酸化アンチモン、テルル／酸化テルル、タンタル／酸化タンタル、レニウム／酸化レニウム、オスミウム／酸化オスミウム、イリジウム／酸化イリジウム、白金／酸化白金、タリウム／酸化タリウム、鉛／酸化鉛の中から、好ましくは、ニッケルおよび酸化ニッケル、コバルトおよび酸化コバルト、鉄および酸化鉄、ならびにロジウムおよび酸化ロジウムの中から選択される、項目１から６のいずれかに記載のＩＲＯＳ。
（項目８）
前記複合内部基準電極は、前記イオンおよび電子伝導性を提供するさらなる材料または材料混合物と前記二元混合金属／金属酸化物の金属酸化物と混合することによって得られ、前記二元混合金属／金属酸化物の金属は、前記金属酸化物の電気化学還元による原理内部基準電極構造の形成後、調製される、項目１から７のいずれかに記載のＩＲＯＳ。
（項目９）
前記感知電極は、イオン伝導性および電子伝導性を提供する材料または材料混合物を含む、複合感知電極である、項目１から８のいずれかに記載のＩＲＯＳ。
（項目１０）
前記複合感知電極材料の構造は、３次元網構造であって、イオン伝導性を提供する材料の粒子および電子伝導性を提供する材料の粒子は、前記電極全体内に微細に分散される、項目９に記載のＩＲＯＳ。
（項目１１）
前記イオン伝導性を提供する材料の粒子および／または前記電子伝導性を提供する材料の粒子のサイズは、２００μｍ未満の範囲内にある、項目１０に記載のＩＲＯＳ。
（項目１２）
前記イオン伝導性を提供する材料の粒子および／または前記電子伝導性を提供する材料の粒子のサイズは、１００ｎｍ未満の範囲内にある、項目１１に記載のＩＲＯＳ。
（項目１３）
イオン伝導性を提供する材料は、セラミック材料および耐火性酸化物の中から選択される、項目９から１２のいずれかに記載のＩＲＯＳ。
（項目１４）
イオン伝導性を提供する材料は、
１）式中、Ｐ＝Ｌａ、Ｓｒ、およびＭ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌである、一般式：ＰＭＯ３の非ドープペロブスカイトと、
２）式中、Ｐ＝Ｌａ、Ｓｒ、およびＭ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌである、一般式：Ｐ２ＭＯ４の非ドープペロブスカイト型構造を伴う層状酸化物と、
３）式中、Ｐ＝Ｌａ、Ｙ、Ｐｒ、Ｔｂ、Ｑ＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、およびＭ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ（０≦ｘ≦１および０＜ｙ≦１、好ましくは、０．２５≦ｘ≦０．５５および０．９５≦ｙ≦１）である、一般式：（Ｐ１−ｘＱｘ）ｙＭＯ３のＡサイトドープペロブスカイトと、
４）式中、ＰおよびＱのために選定される元素が相互に異なるように、Ｐ＝Ｙ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｑ＝Ｙ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、ＭおよびＮのために選定される元素が相互に異なるように、Ｍ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ、およびＮ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ（０≦ｘ≦１および０≦ｙ≦１、好ましくは、０．２５≦ｘ≦０．５５および０．２５≦ｙ≦０．５５）である、一般式：（Ｐ１−ｘＱｘ）Ｍ１−ｙＮｙＯ３のＡサイトおよびＢサイトドープペロブスカイトと、
５）ジルコニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａである、ＺｒＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＺｒＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＺｒＯ２−Ｂｉ２Ｏ３−Ｍ２Ｏ３と、
６）ハフニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａである、ＨｆＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＨｆＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
７）セリア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒである、ＣｅＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＣｅＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
８）トリア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａである、ＴｈＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＴｈＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
９）ウラニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａである、ＵＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＵＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
１０）ビスマス酸化物系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｂである、Ｂｉ２Ｏ３−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂである、Ｂｉ２Ｏ３−Ｍ２Ｏ３と、
Ｂｉ２Ｏ３−ＷＯ３と、
Ｂｉ２Ｏ３・（ＰｂＯ）１−ｘ・（ＣａＯ）ｘ（０≦ｘ≦１、好ましくは、０．４≦ｘ≦０．８）と、
１１）酸素飽和蛍石：
ＣａＦ２−ＣａＯと、
ＢａＦ２−ＢａＯと、
任意のそれらの混合物と、
の中から選択され、
好ましくは、イオン伝導性を提供する材料は、随意に、ドープされたＬａＭｎＯ３、ＬａＣｏＯ３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ３、ＺｒＯ２、およびＣｅＯ２、より好ましくは、イットリア安定化ジルコニアおよびランタニド系酸化物の中から選択され、前記ランタニドは、好ましくは、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕの中から選択される、項目９または１３のいずれかに記載のＩＲＯＳ。
（項目１５）
前記複合感知電極の電子伝導性を提供する材料は、セラミック材料および耐火性酸化物の中から選択される、項目９から１４のいずれかに記載のＩＲＯＳ。
（項目１６）
前記複合感知電極の電子伝導性を提供する材料は、
１）式中、Ｐ＝Ｌａ、Ｓｒ、およびＭ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌである、一般式：ＰＭＯ３の非ドープペロブスカイトと、
２）式中、Ｐ＝Ｌａ、Ｓｒ、およびＭ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌである、一般式：Ｐ２ＭＯ４の非ドープペロブスカイト型構造を伴う層状酸化物と、
３）式中、Ｐ＝Ｌａ、Ｙ、Ｐｒ、Ｔｂ、Ｑ＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、およびＭ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ（０≦ｘ≦１および０＜ｙ≦１、好ましくは、０．２５≦ｘ≦０．５５および０．９５≦ｙ≦１）である、一般式：（Ｐ１−ｘＱｘ）ｙＭＯ３のＡサイトドープペロブスカイトと、
４）式中、ＰおよびＱのために選定される元素が相互に異なるように、Ｐ＝Ｙ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｑ＝Ｙ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、ＭおよびＮのために選定される元素が相互に異なるように、Ｍ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ、およびＮ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ（０≦ｘ≦１および０≦ｙ≦１、好ましくは、０．２５≦ｘ≦０．５５および０．２５≦ｙ≦０．５５）である、一般式：（Ｐ１−ｘＱｘ）Ｍ１−ｙＮｙＯ３のＡサイトおよびＢサイトドープペロブスカイトと、
５）ジルコニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａである、ＺｒＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＺｒＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＺｒＯ２−Ｂｉ２Ｏ３−Ｍ２Ｏ３と、
６）ハフニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａである、ＨｆＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＨｆＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
７）セリア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒである、ＣｅＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＣｅＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
８）トリア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａである、ＴｈＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＴｈＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
９）ウラニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａである、ＵＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＵＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
１０）ビスマス酸化物系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｂである、Ｂｉ２Ｏ３−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂである、Ｂｉ２Ｏ３−Ｍ２Ｏ３と、
Ｂｉ２Ｏ３−ＷＯ３と、
Ｂｉ２Ｏ３・（ＰｂＯ）１−ｘ・（ＣａＯ）ｘ（０≦ｘ≦１、好ましくは、０．４≦ｘ≦０．８）と、
１１）酸素飽和蛍石：
ＣａＦ２−ＣａＯと、
ＢａＦ２−ＢａＯと、
任意のそれらの混合物と、
の中から選択され、
好ましくは、電子伝導性を提供する材料は、随意に、ドープされたＬａＭｎＯ３、ＬａＣｏＯ３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ３、ＺｒＯ２、およびＣｅＯ２、より好ましくは、イットリア安定化ジルコニアおよびランタニド系酸化物の中から選択され、前記ランタニドは、好ましくは、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕの中から選択される、項目１３および／または１５に記載のＩＲＯＳ。
（項目１７）
前記電解質は、
１）ジルコニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａである、ＺｒＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＺｒＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＺｒＯ２−Ｂｉ２Ｏ３−Ｍ２Ｏ３と、
２）ハフニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａである、ＨｆＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＨｆＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
３）セリア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａである、ＣｅＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＣｅＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
４）トリア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａである、ＴｈＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＴｈＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
５）ウラニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａである、ＵＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＵＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
６）ビスマス酸化物系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｂである、Ｂｉ２Ｏ３−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂである、Ｂｉ２Ｏ３−Ｍ２Ｏ３と、
Ｂｉ２Ｏ３−ＷＯ３と、
Ｂｉ２Ｏ３・（ＰｂＯ）１−ｘ・（ＣａＯ）ｘ（０≦ｘ≦１、好ましくは、０．４≦ｘ≦０．８）と、
７）酸素飽和蛍石：
ＣａＦ２−ＣａＯと、
ＢａＦ２−ＢａＯと、
任意のそれらの混合物と、
の中から選択される、項目１から１６のいずれかに記載のＩＲＯＳ。
（項目１８）
項目１から８のいずれかに記載の複合内部基準電極。
（項目１９）
特に、イットリア安定化ジルコニアと（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ３の混合物を含む、項目９から１６のいずれかに記載の複合感知電極。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】図１Ａは、両方とも専有面積較正値１０×１０ｍｍを伴う、２つのＩＲＯＳの写真を示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、研磨されたＩＲＯＳの断面構造を示す。
【図２】図２は、電位掃引対ＩＲＯＳ内のＩＲＥの空気中のＳＥに近似する、電圧掃引を示す。電位掃引は、４回、０〜−２．０Ｖの間で周期的に行われたが、１回目および２回目の掃引の０〜−１．１５Ｖの間の区画のみ、明確にするためにここに提示した。
【図３Ａ】図３Ａ−３Ｃは、３つのｐＯ２レベル：０．０１６４ａｔｍ（図３Ａ）、０．２１ａｔｍ（図３Ｂ）、および１ａｔｍ（図３Ｃ）における、測定されたセル電圧（Ｖｃｅｌｌ）と理論的セル電圧（Ｖｔｈｅｏ）の比較を示す。
【図３Ｂ】図３Ａ−３Ｃは、３つのｐＯ２レベル：０．０１６４ａｔｍ（図３Ａ）、０．２１ａｔｍ（図３Ｂ）、および１ａｔｍ（図３Ｃ）における、測定されたセル電圧（Ｖｃｅｌｌ）と理論的セル電圧（Ｖｔｈｅｏ）の比較を示す。
【図３Ｃ】図３Ａ−３Ｃは、３つのｐＯ２レベル：０．０１６４ａｔｍ（図３Ａ）、０．２１ａｔｍ（図３Ｂ）、および１ａｔｍ（図３Ｃ）における、測定されたセル電圧（Ｖｃｅｌｌ）と理論的セル電圧（Ｖｔｈｅｏ）の比較を示す。
【図４】図４は、ｐＯ２循環の過程におけるセル電圧変動を示す。
【図５】図５は、セル電圧安定性に及ぼすＩＲＥ還元度の影響を示す。
【図６】図６は、適切に還元されたＩＲＯＳの安定性試験を示す。
【図７】図７は、６６７℃〜２９℃の温度循環前後のインピーダンススペクトルおよびセル電圧を示し、良好なセル電気化学特性が、温度循環後に良好に維持されたことを示す。
【図８】図８は、本発明によるＩＲＯＳの、試料ｐＯ２のみを測定する、可能性として考えられる構造を示す。
【図９】図９は、本発明によるＩＲＯＳの、セル温度および試料ｐＯ２を同時に測定する、可能性として考えられる構造を示す。
【図１０】図１０は、本発明によるＩＲＯＳの可能性として考えられる構造を示す。構造は、ヒータを統合し、セル動作のために、外部加熱デバイスを要求しない。
【図１１】図１１は、本発明による、複合感知電極の構造を図式的に示す。
【図１２】図１２は、本発明による、複合内部基準電極の構造を図式的に示す。
【図１３】図１３は、本発明による、小型ＩＲＯＳの構造を示す。
【図１４】図１４は、本発明による、内部基準電極の例示的構造を示す。ＹＳＺ：イットリア安定化ジルコニア、ＳＤＣ：サマリアドープセリア。
【図１５】図１５は、本発明による、感知電極の例示的構造を示す。ＹＳＺ：イットリア安定化ジルコニア、ＳＤＣ：サマリアドープセリア、ＬＳＭ：ランタンストロンチウムマンガナイト。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
表１は、セル１から５に対する、３つの温度（２６３℃、４６９℃、６６４℃）において測定されたセル電圧（Ｖｃｅｌｌ）および誤差（ε）を一覧化する。セル１：ＩＲＥ／ＳｃＹＳＺ／Ｐｔ、セル２：ＩＲＥ／ＳｃＹＳＺ／ＣＳＥ、セル３：ＩＲＥ／ＳｃＹＳＺ／ＣＳＥ（ＳＤＣ２０）、セル４：ＩＲＥ（ＳＤＣ２０）／ＳｃＹＳＺ／ＣＳＥ、セル５：ＩＲＥ（ＳＤＣ２０）／ＳｃＹＳＺ／ＣＳＥ（ＳＤＣ２０）。
【００１６】
発明の詳細な開示
内部基準酸素センサ（ＩＲＯＳ）は、基準電極と、感知電極と、基準電極を感知電極から分離する固体電解質とを備える。前述のように、酸素センサは、以下のネルンストの式によって作用する。
【００１７】
【数２】
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【００１８】
内部基準電極では、酸素分子は、必ずしも、存在しない。酸素分子が存在しない場合、一般的電極プロセスは、以下として表されることができる。
【００１９】
【数３】
2015514988.tif 000003
【００２０】
式中、ＭＯｘおよびＭは、二元混合物の金属酸化物成分および金属成分を示し、Ｏ２ーおよびｅ−は、それぞれ、二価に帯電された酸化物イオンおよび一価に帯電された電子を示す。内部基準酸素センサは、式（２）によって示される電極反応が、完全熱力学的平衡に到達し、内部基準電極の熱力学的状態が、したがって、明白である場合のみ、正確かつ安定した応答を与えることができる。
【００２１】
式（２）から既知であるように、金属酸化物ＭＯｘ、金属Ｍ、酸化物イオンＯ２、および電子ｅ−の共同関与が、二元混合物成分間の熱力学的平衡の確立を促進するために要求される。一般に、金属Ｍは、高電子伝導性によって示されるように、良好な電子活性を有するが、ほとんどの場合、金属Ｍまたは金属酸化物ＭＯｘのいずれも、二元混合物成分間の熱力学的平衡が完全かつ高速に確立されることが可能であるほど、酸化物イオンＯ２−に対する十分な活性を有していない。したがって、金属Ｍおよび金属酸化物ＭＯｘが、単に、相互との接触をもたらすように混合される、公知の内部基準電極では、二元混合物の２つの成分間の熱力学的平衡は、電極全体のスケールにおいて、完全かつ高速に実現されることは、非常に困難である。内部基準電極と固体電解質との間の境界区画においてのみ、電解質は、限定された酸化物イオン活性を提供することが可能である。
【００２２】
本発明では、二元混合物の熱力学平衡の確立は、例えば、著しい酸化物イオン活性を供給することによって、二元混合物の成分間の熱力学的平衡の確立を促進可能であるさらなる材料の存在のため、内部基準電極全体のスケールにおいて、有意に向上される。しかしながら、本明細書のさらなる材料は、著しい酸化物イオン活性を提供することができる材料に限定されないことを理解されたい。そのさらなる材料は、著しい活性を提供し、二元混合物の２つの成分間の熱力学的平衡の確立を促進することが可能な二元混合物の２つの成分以外の任意の材料を示す。
【００２３】
本発明による内部基準電極の粒子は、金属およびその金属酸化物の二元混合物と、さらなる材料とを含み、これらの粒子は、電極全体のスケールにおいて、可能な限り微細に分散されるはずであって、これらの粒子間の接触面積を有意に増加させ得る。粒子間の接触面積の増加は、電極反応を向上させ、熱力学的平衡に高速かつ完全に到達し得る、活性電極をもたらすことができる。
【００２４】
粒子が微細に分散される活性電極を調製するために、電極調製は、非常に注意して実施される必要がある。内部基準電極のための調製方法は、電極調製の開始時からの粉末混合、イオン含浸、前駆体酸化物の電気化学還元、および当業者に周知の他の技法を含む。分散プロセスの間、さらなる材料が、微細な方法において、すなわち、１００ｎｍ未満のナノスケールにおいて分散されることが好ましい。二元混合物の平衡酸素分圧が、十分に高いとき、実酸素分子が、存在し得る。例えば、二元混合物の平衡酸素分圧は、一般に、温度の上昇に伴って増加し、実酸素分子は、十分に高温で存在し得る。そのような場合、一般的電極プロセスは、以下のように表されることができる。
【００２５】
【数４】
2015514988.tif 000004
【００２６】
式中、Ｏ２は、酸素分子を示す。明らかに、酸素分子の解離または酸化物イオンの会合を促進可能なさらなる材料の提供は、二元混合物の２つの成分間の熱力学的平衡の確立を向上させることができる。そのさらなる材料は、再び、電極全体内に添加および分散され、二元混合物の２つの成分間の熱力学的平衡の確立を促進するＭ／ＭＯｘの二元混合物の成分以外の材料も意味する。一実施形態では、さらなる材料は、貴金属ではない。特に、いくつかの実施形態では、さらなる材料は、白金または銀ではない。
【００２７】
類似シナリオが、感知電極の電極プロセスにも適用される。感知電極における一般的電極プロセスは、原則として、以下のように説明されることができる。
【００２８】
【数５】
2015514988.tif 000005
【００２９】
これは、酸素分子Ｏ２が、電子ｅ−の提供に伴って、酸化物イオンＯ２−中に解離されることを示す。式（４）によって示される反応の完全かつ高速に実現された熱力学的平衡は、内部基準酸素センサの正確度および安定性を判定するために等しく不可欠である。電極プロセスは、酸素分子、電子、および酸化物イオンの共同関与を必要とする。通常、酸素分子（解離）、電子、および酸化物イオン輸送に対して同時に活性である、単一成分の材料を見出すことは、非常に困難である。例えば、白金は、公知の酸素センサの感知電極のために使用される有力な材料であって、銀および金等の他の貴金属も、時として、採用される。これらの金属電極は、通常、５００℃等の適度に高温において、酸素分子（解離）のための良好な電子伝導性および触媒活性を示すが、酸化物イオンに対してのみ不良表面伝導性である。
【００３０】
本発明では、感知電極の電極反応の熱力学的平衡の確立は、２つ以上の成分から成る感知電極を加工することによって、有意に向上され、全ての成分が、式（４）によって示される電極プロセスの関与のための特定の活性を有する。感知電極において生じる全体的電極プロセスは、したがって、向上され、感知電極の熱力学的平衡は、次いで、高速かつ完全に確立されることができる。さらに、本発明による感知電極の成分は、好ましくは、酸化物材料から作製される。
【００３１】
故に、本発明は、新規内部基準電極、すなわち、内部基準電極のための新規感知電極を提供する。新規内部基準電極は、二元混合物以外のさらなる材料を含有し、新規感知電極は、少なくとも２つの材料から作製される、粒子から成る。本発明による、新規内部基準電極および新規感知電極を構成する粒子は両方とも、非常に微細に分散される。新規感知電極を構成する粒子は、好ましくは、白金および銀等の貴金属の代わりに、酸化物材料から作製される。
【００３２】
故に、本発明は、貴金属電極、複合セラミック電極、好ましくは、ナノ構造３次元網と組み合わせて使用される、金属／金属酸化物の二元混合物に基づく、公知の空気基準および公知の内部基準センサに取って代わることによって、内部基準電極のための改良された構造ならびに酸素センサのための感知電極を提供する。
【００３３】
ＩＲＥの場合、本電極は、金属／金属酸化物の二元混合物（３次元セラミック網内に分布される）に基づく、分散された内部基準電極を備える。対応する構造は、同様に、感知電極のために使用され、再び、貴金属の使用は、いくつかの実施形態では、回避されることができる。本発明のＩＲＥならびにＳＥの両方において、材料の混合が、所望の機能性を提供するために存在する必要がある。
【００３４】
図１１および１２は、本発明のＩＲＥ／ＳＥの関連する新規かつ本発明の特徴を示す。
【００３５】
図１４は、本発明による、例示的内部基準電極の構造を示す。例示的内部基準電極内の二元混合物は、Ｎｉ／ＮｉＯである。さらなる材料は、イットリアドープジルコニア（ＹＳＺ）およびサマリアドープセリア（ＳＤＣ）である。ＮｉおよびＳＤＣ粒子は両方とも、１００ｎｍを下回るサイズで分散されていることが分かる。一方、ＮｉＯ粒子は、較正値２μｍの比較的により大きいサイズを有し、ＹＳＺ粒子のサイズは、較正値５００ｎｍである。
【００３６】
図１５は、本発明による、例示的感知電極の構造を示す。電極は、３つの材料：イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、サマリアドープセリア（ＳＤＣ）、およびランタンストロンチウムマンガナイト（ＬＳＭ）から作製される粒子から成る。ＳＤＣ粒子は、１００ｎｍを下回るサイズで分散されており、ＹＳＺ粒子は、較正値２００ｎｍのサイズで分散されており、ＬＳＭ粒子は、較正値５００ｎｍのサイズで分散されていることが分かる。
【００３７】
図１２では、本発明のＩＲＥの構造が、示される。金属成分（ここでは、ニッケル）、金属酸化物成分（ここでは、酸化ニッケル）、および無機酸化物材料（ここでは、ＹＳＺ）が、特に、微細に分散される金属成分によって特徴付けられた３次元網構造を提供する。３次元網結合点（Ｎｉ／ＮｉＯ／ＹＳＺ；３重相境界）は、本複合材料混合物の機能が、ＩＲＥとして確実に機能することを可能にする。
【００３８】
図１１では、ＳＥの類似の原理構造が、示され、それぞれ、電子およびイオン伝導性、（ここでは、電子伝導性のためのＬＳＭおよびイオン伝導性のためのＹＳＺ）を提供するために、２つの材料を含む。これらの２つの材料のマトリクス構造は、好適な接触点において、３重相境界が、与えられ（ＹＳＺ／ＬＳＭ／Ｏ２）、感知電極が、その機能を提供し得るように、３次元網構造を提供する。
【００３９】
本発明の内部基準電極および／または感知電極を使用することによって、全体的改良されたＩＲＯＳに、ロバストな構造に加え、優れた性能、低加工コスト、ならびに小型化および大量製造の潜在性が提供される。従来のシステムは、かなり繊細かつ脆弱である。さらに、新規ＩＲＯＳは、導入で説明されたもの等の従来の空気基準電極（７００℃を上回る）および従来の内部基準電極（４００℃を上回る）と比較して、はるかに低い動作温度を可能にする。本発明による新規ＩＲＯＳは、約２６０℃程度の動作温度を可能にする。本発明のＩＲＥ、ＳＥ、ならびにＩＲＯＳのより低い作業温度は、特に、従来の高温作業条件下では、経時的に劣化するであろう、ナノ構造電極の維持を可能にする。しかしながら、本発明によるそのようなナノ構造電極は、小サイズのＩＲＯＳ、より高い測定正確度等、利点の実現も可能にする。さらに、安定性および測定信頼性は、非常に良好である。
【００４０】
本発明による内部基準電極はさらに、単純手段によって再生され、それによって、サービス時間をさらに延長させ、ひいては、コストも削減し得る。化学蒸着（ＣＶＤ）、物理蒸着（ＰＬＤ）、フォトリソグラフィ等のスクリーン印刷方法および堆積技法を含む、生産方法を可能にする材料の使用のため、小型サイズのＩＲＯＳが加工され得、用途分野を拡大するであろう。
【００４１】
以下では、本発明の種々の側面が、説明され、続いて、本発明を例証するために、具体的実施例が、提供される。本明細書に説明される内部基準電極、感知電極、および内部基準酸素センサを含む異なる側面ならびにこれらの側面のための全ての好ましい実施形態は、任意の組み合わせにおいて組み合わせられることができ、例えば、内部基準電極のための任意の具体的実施形態は、内部基準酸素センサ内において、感知電極の好ましい実施形態等と組み合わせられてもよいことを理解されたい。
【００４２】
本発明の内部基準電極
ＩＲＯＳに好適に使用され得る、本発明による新規内部基準電極は、外部空気またはガス供給も、電極材料として、白金または銀等の貴金属の使用も要求しない。
【００４３】
本発明の新規内部基準電極は、先行技術でも採用される、公知の金属／金属酸化物の二元混合物（すなわち、金属およびその酸化物）の使用に基づく。しかしながら、驚くべきことに、貴金属、典型的には、白金または銀電極を、イオン伝導性ならびに電子伝導性を提供する、材料または材料混合物、典型的には、図１２に示されるように、セラミック／酸化物材料と置換することが可能であることが見出された。本付加的さらなる材料は、二元混合金属／金属酸化物がその中に分散されたマトリクス材料としての役割を果たす。故に、本発明によるＩＲＥは、金属／金属酸化物の二元混合物と、さらなる材料とを含む。さらなる材料は、酸化物イオン導体または電子導体またはそれらの混合物、または酸化物イオン伝導性および電子伝導性の両方を有する、混合導体、またはそれらの混合物、または酸化物イオン導体およびその混合導体の混合物、または電子導体およびその混合導体の混合物であることができる。さらなる材料は、好ましくは、耐火性酸化物として当技術分野において公知および／または固体酸化物燃料セル（ＳＯＦＣ）の酸素電極のための酸化物材料として当技術分野において公知の酸化物材料、ならびに電解質材料として公知の材料から選択される、好ましくは、無機酸化物材料から作製される。驚くべきことに、そのような材料混合物を使用することによって、必須であると以前は見なされていた白金（または、貴金属）電極が、はるかに安価な材料と置換されたという事実にもかかわらず、改良された性能が、達成されることができることが見出された。
【００４４】
金属／金属酸化物の二元混合物およびさらなる（異なる）無機酸化物の好ましい実施例が、以下に与えられる。
金属／金属酸化物の二元混合物の実施例は、以下を含む。
【００４５】
そのような混合物の全ての公知の実施例が、本発明に従って採用されてもよく、例えば、ニッケル／酸化ニッケル、パラジウム／酸化パラジウム、鉄／酸化鉄、コバルト／酸化コバルト、銅／酸化銅、タングステン／酸化タングステン、チタン／酸化チタン、バナジウム／酸化バナジウム、クロム／酸化クロム、マンガン／酸化マンガン、亜鉛／酸化亜鉛、ニオブ／酸化ニオブ、モリブデン／酸化モリブデン、ルテニウム／酸化ルテニウム、ロジウム／酸化ロジウム、銀／酸化銀、カドミウム／酸化カドミウム、インジウム／酸化インジウム、スズ／酸化スズ、アンチモン／酸化アンチモン、テルル／酸化テルル、タンタル／酸化タンタル、レニウム／酸化レニウム、オスミウム／酸化オスミウム、イリジウム／酸化イリジウム、白金／酸化白金、タリウム／酸化タリウム、鉛／酸化鉛、好ましくは、ニッケルおよび酸化ニッケル、パラジウムおよび酸化パラジウム、コバルトおよび酸化コバルト、鉄および酸化鉄、ならびにロジウムおよび酸化ロジウム二元混合物であって、特に、ニッケルおよび酸化ニッケルの二元混合物ならびにパラジウムおよび酸化パラジウムの二元混合物が好ましい。他の実施例は、スズおよび酸化スズを含む。好適な還元方法を用いた原理ＩＲＥ構造の原位置調製後、二元混合物の金属成分を生成することが可能であるため、微細に分散された二元混合金属／金属酸化物が、前述の識別された利点が達成されることができるように得られ得る。本発明のＩＲＥのより低い動作温度のため、本微細に分散された状態はさらに、長時間、維持されることができる。
イオンおよび電子伝導性を提供する材料または材料混合物としても本明細書で指定される、（無機酸化物材料）を提供するためのイオン導体／電子導体として作用する、さらなる材料の実施例は、以下を含む。
【００４６】
典型的セラミック材料および耐火性金属酸化物または混合金属酸化物ならびにドープされた材料を含む電解質として知られる材料が、本発明のＩＲＥのためのさらなる成分として採用されてもよい。
【００４７】
用語「セラミック材料」とは、本明細書で使用されるように、無機結晶材料を意味する。
【００４８】
用語「耐火性金属酸化物」とは、本明細書で使用されるように、化学変化および物理的破壊を伴わずに、１５００℃を上回る温度に耐えることが可能な金属酸化物を意味する。二元混合物以外のさらなる材料の好適な実施例は、以下を含む。
１）式中、Ｐ＝Ｌａ、Ｓｒ、およびＭ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌである、一般式：ＰＭＯ３の非ドープペロブスカイトと、
２）式中、Ｐ＝Ｌａ、Ｓｒ、およびＭ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌである、一般式：Ｐ２ＭＯ４の非ドープペロブスカイト型構造を伴う層状酸化物と、
３）式中、Ｐ＝Ｌａ、Ｙ、Ｐｒ、Ｔｂ、Ｑ＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、およびＭ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ（０≦ｘ≦１および０＜ｙ≦１、好ましくは、０．２５≦ｘ≦０．５５および０．９５≦ｙ≦１）である、一般式：（Ｐ１−ｘＱｘ）ｙＭＯ３のＡサイトドープペロブスカイトと、
４）式中、ＰおよびＱのために選定される元素が相互に異なるように、Ｐ＝Ｙ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｑ＝Ｙ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、ＭおよびＮのために選定される元素が相互に異なるように、Ｍ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ、およびＮ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ（０≦ｘ≦１および０≦ｙ≦１、好ましくは、０．２５≦ｘ≦０．５５および０．２５≦ｙ≦０．５５）である、一般式：（Ｐ１−ｘＱｘ）Ｍ１−ｙＮｙＯ３のＡサイトおよびＢサイトドープペロブスカイトと、
５）ジルコニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａである、ＺｒＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＺｒＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＺｒＯ２−Ｂｉ２Ｏ３−Ｍ２Ｏ３と、
６）ハフニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａである、ＨｆＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＨｆＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
７）セリア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒである、ＣｅＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＣｅＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
８）トリア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａである、ＴｈＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＴｈＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
９）ウラニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａである、ＵＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＵＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
１０）ビスマス酸化物系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｂである、Ｂｉ２Ｏ３−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂである、Ｂｉ２Ｏ３−Ｍ２Ｏ３と、
Ｂｉ２Ｏ３−ＷＯ３と、
Ｂｉ２Ｏ３・（ＰｂＯ）１−ｘ・（ＣａＯ）ｘ（０≦ｘ≦１、好ましくは、０．４≦ｘ≦０．８）と、
１１）酸素飽和蛍石：
ＣａＦ２−ＣａＯと、
ＢａＦ２−ＢａＯと、
任意のそれらの混合物。
【００４９】
好ましいのは、ジルコニア、好ましくは、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）の使用である。また、好ましいのは、ガドリニアドープセリア（ＧＤＣ）およびサマリアドープセリア（ＳＤＣ）の使用である。しかしながら、また、そのような材料の混合物を使用することも可能である。それによって、伝導性／温度膨張／機械的特性等、本発明の内部基準電極の特性は、さらに調整されることができる。
【００５０】
本発明のＩＲＥを調整するために、原則として、単に、成分を混合し、次いで、印刷（材料混合物のスラリーを使用することによって）または他の従来の方法等、従来の技法によって、ＩＲＥを調製することが可能である。しかしながら、有利には、金属自体は、金属への金属酸化物の部分的還元を用いて（例えば、還元プロセスが、最終ＩＲＥの構造／機能／完全性を損なわない限り、好適な外部印加電圧を使用して、または化学還元等の任意の他の手段によって）、ＩＲＥの原理構造／形態の形成後、後に得られてもよいため、ＩＲＥの調製のための開始材料として、二元混合物の金属酸化物およびイオン導体／電子導体のみを使用することが可能である。これは、既に、本発明のＩＲＥの生産プロセスを簡略化することになる。
【００５１】
本発明の内部基準電極の調製方法は、電極加工の開始時からの粉末混合、イオン含浸、前駆体酸化物の電気化学還元、および当業者に周知の他の技法を含む。分散プロセスの間、センサ性能が、特に、正確度および安定性の側面において、大幅に改良され得る、さらなる材料と二元混合物の成分との間の接触を有意に増加させるために、さらなる材料が、微細方法、すなわち、１００ｎｍ未満のナノスケールにおいて分散されることが好ましい。
【００５２】
本ＩＲＥ調製方法のさらなる驚くべき利点は、それによって、二元混合金属／金属酸化物の非常に微細に分散された構造が、イオン導体／電子導体のマトリクスに調製されることができるという事実である。
【００５３】
微細に分散された二元混合物を実現するための好ましい方法は、化学または電気化学方法（すなわち、前駆体酸化物を含有する電極にわたって、適切な電圧が印加される）によって、対応する前駆体酸化物を部分的に還元することであり得る。例えば、Ｎｉ／ＮｉＯの二元混合物の形成を検討する。最初に、ＮｉＯ粒子の前駆体酸化物が、内部基準電極内に作製され、次いで、ＮｉＯ粒子が、電気化学方法、すなわち、適切な周期の間、適切な電圧を電極にわたって印加し、大量の微細Ｎｉ粒子を形成することによって、部分的に還元される。それによって、Ｎｉ／ＮｉＯの二元混合物が、作成され、本方法によって生成されたＮｉ粒子は、非常に微細に、すなわち、１００ｎｍ未満、好ましくは、５０ｎｍ未満のサイズに分散される。
【００５４】
二元混合物以外のさらなる材料を微細に添加および分散させるための好ましい方法は、いわゆるイオン含浸であり得る。イオン含浸の間、標的酸化物の前駆体としての役割を果たす、硝酸塩溶液等の溶液が、電極中に含浸され、次いで、適切な熱処理が、実施され、前駆体溶液を分解し、電極全体内に微細に分散された標的酸化物粒子を形成する。例えば、Ｎｉ／ＮｉＯの二元混合物が位置する、内部基準電極内に微細に分散されたサマリアドープセリア粒子を作成するために、サマリウムおよびガドリニウムの硝酸塩溶液が、ＮｉＯの前駆体酸化物またはＮｉ／ＮｉＯの二元混合物から作製された電極中に含浸され、次いで、電極は、７００℃等の高温で加熱され、サマリウムおよびガドリニウムの硝酸塩溶液は、次いで、分解され、サマリアドープセリアの標的酸化物が、形成され、電極全体内に微細に分散され得る。本方法によって生成されたサマリアドープセリア粒子は、非常に微細に、すなわち、１００ｎｍ未満、好ましくは、５０ｎｍ未満のサイズにおいて分散される。
【００５５】
二元混合物以外のさらなる材料を微細に添加および分散させるための代替であって、かつ好ましくもある方法は、単に、電極調製の開始時から、さらなる材料と二元混合物または二元混合物の前駆体酸化物を混合することであり得る。例えば、Ｎｉ／ＮｉＯの二元混合物のために、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）粒子を添加および分散させるために、ＹＳＺ粒子が、単に、ボールミル粉砕の単純方法によって、Ｎｉ／ＮｉＯの二元混合物またはＮｉＯの前駆体酸化物の粒子と混合され得、次いで、ＹＳＺ／ＮｉＯ／ＮｉまたはＹＳＺ／ＮｉＯの粒子混合物が、１３５０℃等の高温で焼結され、内部基準電極として調製される。本単純方法によって、ＹＳＺ粒子もまた、微細に、すなわち、１μｍ未満、好ましくは、５００ｎｍ未満のサイズにおいて、分散され得る。
【００５６】
典型的には、本発明によると、最終電極において採用される材料の粒子サイズが、２００μｍ未満、好ましくは、１００μｍ未満、より好ましくは、５０μｍ未満の範囲内である構造を提供することが可能である。実施形態では、１０μｍを下回る、より好ましくは、２μｍを下回る、粒子サイズを得ることが可能であって、特に、少なくとも１つのタイプの粒子（すなわち、金属および／または金属酸化物、および／またはイオン／電子導体）が、１００ｎｍ以下、好ましくは、５０ｎｍ以下等のナノ範囲内の粒子サイズを有するとき、好ましい。これらの粒子サイズは、走査電子顕微鏡によって判定されてもよい。これらの粒子サイズはまた、以下に説明される感知電極にも適用される。実際、ナノ構造ＩＲＥは、そのように得られてもよく、これは、ＩＲＥの性能をさらに改善する。金属酸化物の還元が、穏和な条件下で、特に、低温で実施され得るという事実のため、そのようなナノ構造ＩＲＥが、信頼性のある方法で得られ得る。高温は、ナノ構造が確実に調製され得るように、二元混合物の調製の間（金属酸化物の還元によって）、要求されない。加えて、本発明のＩＲＥの組成物は、二元混合物のいかなる劣化成分の復元も、単純電気化学反応を用いて可能であるというさらなる利点をもたらす。例えば、ＩＲＥが、二元混合物の金属成分の酸化増加（高酸素分圧の状況下で生じ得る）を被る場合、バッテリを使用することによって酸化された金属成分の部分を再び還元することが可能である。
【００５７】
本発明の感知電極
感知電極において生じる全体的電極プロセスを向上させるために、本発明の感知電極は、好ましくは、酸化物材料から作製される、少なくとも２つの成分を含む。
【００５８】
ＳＥのための材料は、要求される機能性、すなわち、電子伝導性およびイオン伝導性を提供するように選択される。好適な材料の実施例は、好ましくは、耐火性酸化物として当技術分野において公知および／または電解質材料を含む固体酸化物燃料セル（ＳＯＦＣ）の酸素電極酸化物材料として当技術分野において公知の酸化物材料から選択される、無機酸化物である。驚くべきことに、そのような材料混合物を使用することによって、必須であると以前は見なされていた白金（または、貴金属）電極が、はるかに安価な材料と置換されたという事実にもかかわらず、改良された性能が、達成されることができることが見出された。
【００５９】
本発明の感知電極のための好適な材料は、以下を含む。
１）式中、Ｐ＝Ｌａ、Ｓｒ、およびＭ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌである、一般式：ＰＭＯ３の非ドープペロブスカイトと、
２）式中、Ｐ＝Ｌａ、Ｓｒ、およびＭ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌである、一般式：Ｐ２ＭＯ４の非ドープペロブスカイト型構造を伴う層状酸化物と、
３）式中、Ｐ＝Ｌａ、Ｙ、Ｐｒ、Ｔｂ、Ｑ＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、およびＭ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ（０≦ｘ≦１および０＜ｙ≦１、好ましくは、０．２５≦ｘ≦０．５５および０．９５≦ｙ≦１）である、一般式：（Ｐ１−ｘＱｘ）ｙＭＯ３のＡサイトドープペロブスカイトと、
４）式中、ＰおよびＱのために選定される元素が相互に異なるように、Ｐ＝Ｙ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｑ＝Ｙ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、ＭおよびＮのために選定される元素が相互に異なるように、Ｍ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ、およびＮ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ（０≦ｘ≦１および０≦ｙ≦１、好ましくは、０．２５≦ｘ≦０．５５および０．２５≦ｙ≦０．５５）である、一般式：（Ｐ１−ｘＱｘ）Ｍ１−ｙＮｙＯ３のＡサイトおよびＢサイトドープペロブスカイトと、
５）ジルコニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａである、ＺｒＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＺｒＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＺｒＯ２−Ｂｉ２Ｏ３−Ｍ２Ｏ３と、
６）ハフニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａである、ＨｆＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＨｆＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
７）セリア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒである、ＣｅＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＣｅＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
８）トリア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａである、ＴｈＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＴｈＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
９）ウラニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａである、ＵＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＵＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
１０）ビスマス酸化物系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｂである、Ｂｉ２Ｏ３−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂである、Ｂｉ２Ｏ３−Ｍ２Ｏ３と、
Ｂｉ２Ｏ３−ＷＯ３と、
Ｂｉ２Ｏ３・（ＰｂＯ）１−ｘ・（ＣａＯ）ｘ（０≦ｘ≦１、好ましくは、０．４≦ｘ≦０．８）と、
１１）酸素飽和蛍石：
ＣａＦ２−ＣａＯと、
ＢａＦ２−ＢａＯと、
任意のそれらの混合物。
【００６０】
好ましいのは、ジルコニア、好ましくは、イットリア安定化ジルコニアの使用、およびランタン系酸化物、好ましくは、ＬａＭｎＯ３または（ＬａＳｒ）ＭｎＯ３の使用である。前述のように、材料は、２つの機能、すなわち、イオン伝導性および電子伝導性を提供する必要がある。したがって、２つの異なる材料の混合物が、本発明のＳＥのために要求されるが、材料は、同一の原理材料群から選択されてもよい。好ましい混合物は、ジルコニア、好ましくは、イットリア安定化ジルコニアとランタン系酸化物、好ましくは、ＬａＭｎＯ３または（ＬａＳｒ）ＭｎＯ３との混合物である。
【００６１】
他の好ましい材料は、マンガン酸ランタン（ＬａＭｎＯ３）、Ａサイトストロンチウムドープマンガン酸ランタン（（ＬａＳｒ）ＭｎＯ３）、ランタン輝コバルト鉱（ＬａＣｏＯ３）、Ａサイトストロンチウムドープ輝コバルト鉱（（ＬａＳｒ）ＣｏＯ３）、ＡサイトストロンチウムドープおよびＢサイト鉄ドープランタン輝コバルト鉱（（ＬａＳｒ）ＣｏＦｅＯ３）、イットリアドープジルコニア（ＹＳＺ）、サマリアドープセリア（ＳＤＣ）、またはガドリニアドープセリア（ＧＤＣ）、およびそれらの混合物を含む。
【００６２】
本発明の感知電極の調製方法は、電極調製の開始時からの粉末混合、イオン含浸、および当業者に周知の他の技法を含む。分散プロセスの間、本発明の感知電極内の粒子は、粒子間の接触が、有意に増加され得、電極活性が、改良され得る、微細な方法において、すなわち、２００ｎｍを下回る、好ましくは、１００ｎｍ未満のサイズにおいて分散されることが好ましい。
【００６３】
本ＳＥ調製方法のさらなる驚くべき利点は、それによって、二元混合金属／金属酸化物の非常に微細に分散された構造が、イオン導体／電子導体のマトリクス内に調製され得るという事実である。
【００６４】
本発明の感知電極を調製するための好ましい方法は、単に、電極調製の開始時から粒子を混合することである。例えば、（ＬａＳｒ）ＭｎＯ３およびＹＳＺから作製される感知電極を調製するために、（ＬａＳｒ）ＭｎＯ３およびＹＳＺの微細粒子が、ボールミル粉砕によって混合され、次いで、ＹＳＺおよび（ＬａＳｒ）ＭｎＯ３の粒子混合物が、１１００℃等の高温で焼結され、感知電極として調製される。本単純方法によって、（ＬａＳｒ）ＭｎＯ３およびＹＳＺの粒子サイズは、較正値５００ｎｍ、好ましくは、２００ｎｍを下回ることができる。
【００６５】
また、本発明の感知電極を調製するための好ましい方法は、いわゆるイオン含浸である。イオン含浸の間、標的酸化物の前駆体としての役割を果たす、硝酸塩溶液等の溶液が、電極中に含浸され、次いで、適切な熱処理が実施され、前駆体溶液を分解し、その後、電極全体内に微細に分散された標的酸化物粒子を形成する。例えば、（ＬａＳｒ）ＭｎＯ３およびＹＳＺ粒子等のいくつかの他の酸化物粒子が位置する、感知電極内に微細に分散されたサマリアドープセリア粒子を作成するために、サマリウムおよびガドリニウムの硝酸塩溶液が、前もって位置する酸化物粒子中に含浸され、次いで、電極は、７００℃等の高温で加熱され、サマリウムおよびガドリニウムの硝酸塩溶液が、したがって、分解され、サマリアドープセリアの標的酸化物が、次いで、形成され、感知電極全体内に微細に分散される。本方法によって、サマリアドープセリア粒子の粒子サイズは、１００ｎｍ未満となり得る。
【００６６】
典型的には、本発明によると、最終電極内で採用される材料の粒子サイズが、２００μｍ未満、好ましくは、１００μｍ未満、より好ましくは、５０μｍ未満の範囲内である、構造を提供することが可能である。実施形態では、１０μｍを下回る、より好ましくは、２μｍを下回る粒子サイズを得ることが可能であって、特に、少なくとも１つのタイプの粒子（すなわち、金属および／または金属酸化物、および／またはイオン／電子導体）が、１００ｎｍ以下、好ましくは、５０ｎｍ以下等のナノ範囲内の粒子サイズを有するとき、好ましい。いくつかの実施形態では、最終電極内で採用される材料の粒子サイズは、２μｍ未満、好ましくは、１μｍ未満、より好ましくは、５００ｎｍ未満の範囲内である。実施形態では、２００ｎｍを下回る、より好ましくは、１００ｎｍを下回る粒子サイズを得ることが可能である。これらの粒子サイズは、走査電子顕微鏡によって判定されてもよい。
【００６７】
再び、これは、任意の所望の形状において、単純であるが、信頼性のある電極（この場合、ＳＥ）の生産を可能にする。これらのＳＥは、既に、本発明の原理狙いを達成していることになる。（さらに）ドーパントが、ＳＥの原理構造の製造後、添加されてもよいため（すなわち、ＳＥは、前述のような原理成分のスラリーの鋳造または印刷の後、乾燥および焼結、随意に、その後、好ましくは、ナノサイズにおけるＣｅ（Ｓｍ）Ｏ２等のさらなる添加剤でのＳＥの含浸によって形成されてもよい）、ＳＥの特性を調整することが可能である。本タイプの調製方法を使用することによって、そのような付加的成分を焼結条件に曝すことを回避し、それによって、後の段階で、その後、ＳＥ構造内に微細に分散されたままとなる、成分を添加することによって、再び、ＳＥ性能を改善するために、単純であるが、効果的手段を提供することが可能である。特に、これらの含浸ステップは、ドーパントおよびＳＥ組成物の成分を添加するために使用されてもよく、これは、次いで、（例えば、所望の酸化物等への可溶性前駆体材料の）任意の（要求に応じて）変換後、小サイズ、好ましくは、ナノサイズの成分が、本発明のＳＥ中に存在し、本発明のＳＥの特性を改善するように、微細に分散された状態において、ＳＥの原理構造内に導入される。
【００６８】
ＩＲＥ／ＳＥのためのさらなる選択肢
本発明のＩＲＥならびにＳＥは、付加的材料を含んでもよい。例えば、ＩＲＥおよび／またはＳＥをさらなる酸化物材料の前駆体等のさらなる成分で含浸することが可能である（含浸が、焼結等の当業者に公知の方法によって、対応する酸化物に変換され得る、硝酸塩等の可溶性塩を使用して実施され得るように）。例えば、ＩＲＥおよび／またはＳＥは、個別の変換後、ドープ（例えば、Ｓｍ２Ｏ２で）または非ドープセリア（ＣｅＯ２）等の蛍石構造材料に基づく酸化物等の付加的酸化物を含有するように、含浸されてもよい。そのような付加的材料は、ＩＲＥおよび／またはＳＥの特性をさらに調整するために使用されてもよい。好ましくは、随意の付加的含浸は、電極材料のための材料または前駆体材料（可溶性塩、例えば、硝酸塩等）を使用して実施される。例えば、ＳＥ構造は、ドープされたセリア等、ＳＥの特性に関連する成分（または、その前駆体）で含浸されてもよい。含浸を使用することによって、本成分の量および分布（図１１参照）は、含浸方法が、特に、ナノサイズの成分の容易かつ再現性のある調製を可能にするため、調整されてもよい。それによって、全体的特性（Ｓｍ２Ｏ３ドープＣｅＯ２のための前駆体で含浸されたＳＥに関連して、特に、分極抵抗）が、改良され得る。
【００６９】
本発明の内部基準酸素センサ
図または具体的側面に関連して説明された全実施形態はまた、他の実施形態、例えば、別の図に関連して説明されたものに対して採用されてもよい。
【００７０】
本発明による内部基準酸素センサは、本発明の任意の従来の感知電極ＳＥまたはＳＥであり得る、本発明のＩＲＥおよびＳＥを備える。好ましくは、本発明の内部基準酸素センサは、本発明の感知電極を備える。本発明のＩＲＯＳはさらに、電解質と、内部基準電極を環境から隔離する、封止層とを備えてもよい。特に、本発明のＩＲＯＳが、本発明のＩＲＥならびにＳＥの両方を備えるとき、高度に有利なシステム（ＩＲＯＳ）が、提供される。図８から１０の実施形態によって示されるように、本発明の内部基準酸素センサは、内部基準電極を環境から隔離するために使用される、封止層を有していなければならない。封止層は、ガラス、すなわち、アルミナ、シリカ、および酸化ナトリウムの混合物、またはアルミナ、シリカ、および酸化マグネシウム等の他の酸化物材料から作製されることができる。また、図８から１０から既知であるように、本発明の内部基準酸素センサは、随意に、センサ温度を検出するために使用される、熱電対、あるいはタングステン、白金、またはモリブデン等の金属から作製される、またはランタンストロンチウムマンガナイト等の酸化物から作製され得る、ヒータを具備することができる。ヒータは、セルを機能温度まで加熱するために使用される。
【００７１】
ＩＲＥ、ＳＥ、ならびに必要電解質のために要求される全材料は、無機酸化物材料に基づき得るため、セラミック材料、燃料セル等の他の分野で公知の製造技法が、確立された製造プロセスを採用することが可能であるように、使用されてもよい。同時に、所望のＩＲＯＳが、特に、印刷プロセス（小サイズのＩＲＯＳの生産を可能にする）を使用して調製されることができ、得られるセンサは、ロバストであって、主に、容易に利用可能なかなり安価な材料から成る。それによって、先行技術の短所は、克服されることができ、本明細書に説明される利点が、実現されることができる。
【００７２】
本発明による内部基準酸素センサのための好適な構造は、図８から１０に示され、以下に論じられる。
【００７３】
図８は、本発明による内部基準酸素センサの実施形態を示す。センサは、内部基準電極と、電解質と、および電解質によって接続される感知電極とを含む。そのセンサでは、内部基準電極は、封止層によって完全に被覆される。そのような内部基準酸素センサは、当業者に公知の様式において、内部基準電極と感知電極との間の電圧を判定することによって、試料ガス中の酸素含有量を測定することができる。
【００７４】
電解質は、内部基準電極と感知電極との間の酸化物イオン伝導を提供するために要求される。好適な電解質材料の典型的実施例は、当業者に公知であって、Ｓｃ２Ｏ３を伴う安定化ジルコニア等、安定化ジルコニアまたは混合酸化物等の酸化物材料を含む。他の実施例は、イットリア安定化ジルコニア、スカンジア安定化ジルコニア、またはそれらの混合物を含む。しかしながら、本電解質材料のタイプは、要求されるイオン伝導性が提供される限り、重要ではない。あらゆる従来の電解質材料が、採用されてもよい。好適な電解質材料のさらなる実施例は、以下を含む。
１）ジルコニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａである、ＺｒＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＺｒＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＺｒＯ２−Ｂｉ２Ｏ３−Ｍ２Ｏ３と、
２）ハフニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａである、ＨｆＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＨｆＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
３）セリア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａである、ＣｅＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＣｅＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
４）トリア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａである、ＴｈＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＴｈＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
５）ウラニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａである、ＵＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＵＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
６）ビスマス酸化物系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｂである、Ｂｉ２Ｏ３−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂである、Ｂｉ２Ｏ３−Ｍ２Ｏ３と、
Ｂｉ２Ｏ３−ＷＯ３と、
Ｂｉ２Ｏ３・（ＰｂＯ）１−ｘ・（ＣａＯ）ｘ（０≦ｘ≦１、好ましくは、０．４≦ｘ≦０．８）と、
７）酸素飽和蛍石：
ＣａＦ２−ＣａＯと、
ＢａＦ２−ＢａＯと、
任意のそれらの混合物。
【００７５】
封止層は、内部基準電極を周囲大気から隔離するために要求される。好適な封止材料は、周囲大気、特に、酸素に対して、ＩＲＥの要求される保護を提供する、セラミック材料ならびにガラスである。故に、好適な封止材料は、ガラス、すなわち、アルミナ、シリカ、および酸化ナトリウムの混合物、またはアルミナ、シリカ、安定化ジルコニア、および酸化マグネシウム等の他の酸化物材料から作製される材料を含む。好適な材料は、当業者に公知であって、意図される最終使用に応じて、または製造プロセス要件に照らして、選択されてもよい。特に、小型化および／または大量生産を狙うとき、多くの場合、封止層のための材料が、スクリーン印刷およびテープ鋳造方法等によって、内部基準酸素センサの他の部分のための材料と比較して、類似様式で適用され得る場合、有利である。
【００７６】
内部基準電極および感知電極のための金属鉛は、センサ電圧の判定を可能にするために要求される。これらの鉛は、金、銀、白金等の貴金属、銅、ニッケル等の他の金属、鋼鉄、またはその合金を含む、任意の好適な電気伝導性材料から調製されてもよい。これらの鉛のための材料は、通常、重要ではなく、再び、内部基準酸素センサの意図される使用に照らして、または加工プロセス要件および／またはコストに照らして、選択されてもよい。
【００７７】
図９は、図８と比較した類似の例示的構造を示すが、実施形態は、ここでは、加えて、再び、当業者に公知の従来の熱電対の中から選択され得る、熱電対を含む。熱電対を提供する利点は、本例示的構造を採用するセンサが、同時に、酸素含有量およびセンサ温度を測定することができ、測定正確度を改善することである。
【００７８】
図１０は、ＩＲＯＳが、ＩＲＥ、ＳＥ、および熱電対に加え、また、外部加熱が、ＩＲＯＳを要求される測定温度にするために要求されないように、加熱要素を備える、本発明の実施形態を示す。本タイプの統合された加熱要素はさらに、外部加熱要素の使用と比較して、ＩＲＯＳ内側の温度場の均一性を改善し、正確度をさらに改善する。ヒータは、タングステン、白金、またはモリブデン、またはその合金を含む金属、およびランタンストロンチウムマンガナイトを含む、酸化物等、当業者に周知の材料から作製されてもよい。
【００７９】
図１３は、本発明による小型内部基準酸素センサの加工を示す。加工方法は、既に周知であって、チップ産業等の他の分野で使用されている、スクリーン印刷、物理的蒸着、パルスレーザ堆積、化学蒸着、およびフォトリソグラフィ等を含む。小型セルの加工では、シリコンウエハであり得る、基板が、層状空洞を提供するためにエッチングされる。次いで機能性のために、要求される層が、順番に堆積され得る。内部基準電極、電解質、および感知電極が、順に堆積される。電解質層は、封止層として、ならびに酸化物イオン伝導性を提供するために、二重機能を果たし得るため、内部基準酸素センサの機能性は、０．３ｍｍ以下等の非常に小さい全体的厚さで達成されることができる。
【００８０】
本発明によるＩＲＯＳは、式中、これまで従来の酸素センサが使用されたあらゆる分野で採用され得る。本発明によるＩＲＯＳは、ロバストであって、多数であっても、信頼性のある様式において、小サイズで調製され得るため、さらに、これまで従来のセンサが、複雑過ぎて使用することができなかった、または例えば、作業条件に耐えられなかった、そのような酸素センサのための使用分野を拡大するための選択肢をもたらす。本発明によるＩＲＯＳの作業温度の低下によって、さらに、これまで酸素センサの高作業温度がその用途を阻んでいた分野において、新規ＩＲＯＳを採用することが可能である。
【００８１】
本発明の特定の項目は、以下を含む。
【００８２】
項目１：二元混合金属／金属酸化物と、電極材料としてイオン伝導性および電子伝導性を提供するさらなる材料または材料混合物とを含む、内部基準酸素センサのための複合内部基準電極。
【００８３】
項目２：イオンおよび電子伝導性を提供するさらなる材料または材料混合物は、セラミック材料および耐火性酸化物の中から選択される、項目１に記載の複合内部基準電極。
【００８４】
項目３：イオンおよび電子伝導性を提供するさらなる材料または材料混合物は、
１）式中、Ｐ＝Ｌａ、Ｓｒ、およびＭ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌである、一般式：ＰＭＯ３の非ドープペロブスカイトと、
２）式中、Ｐ＝Ｌａ、Ｓｒ、およびＭ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌである、一般式：Ｐ２ＭＯ４の非ドープペロブスカイト型構造を伴う層状酸化物と、
３）式中、Ｐ＝Ｌａ、Ｙ、Ｐｒ、Ｔｂ、Ｑ＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、およびＭ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ（０≦ｘ≦１および０＜ｙ≦１、好ましくは、０．２５≦ｘ≦０．５５および０．９５≦ｙ≦１）である、一般式：（Ｐ１−ｘＱｘ）ｙＭＯ３のＡサイトドープペロブスカイトと、
４）式中、ＰおよびＱのために選定される元素が相互に異なるように、Ｐ＝Ｙ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｑ＝Ｙ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、ＭおよびＮのために選定される元素が相互に異なるように、Ｍ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ、およびＮ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ（０≦ｘ≦１および０≦ｙ≦１、好ましくは、０．２５≦ｘ≦０．５５および０．２５≦ｙ≦０．５５）である、一般式：（Ｐ１−ｘＱｘ）Ｍ１−ｙＮｙＯ３のＡサイトおよびＢサイトドープペロブスカイトと、
５）ジルコニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａである、ＺｒＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＺｒＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＺｒＯ２−Ｂｉ２Ｏ３−Ｍ２Ｏ３と、
６）ハフニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａである、ＨｆＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＨｆＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
７）セリア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒである、ＣｅＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＣｅＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
８）トリア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａである、ＴｈＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＴｈＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
９）ウラニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａである、ＵＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＵＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
１０）ビスマス酸化物系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｂである、Ｂｉ２Ｏ３−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂである、Ｂｉ２Ｏ３−Ｍ２Ｏ３と、
Ｂｉ２Ｏ３−ＷＯ３と、
Ｂｉ２Ｏ３・（ＰｂＯ）１−ｘ・（ＣａＯ）ｘ（０≦ｘ≦１、好ましくは、０．４≦ｘ≦０．８）と、
１１）酸素飽和蛍石：
ＣａＦ２−ＣａＯと、
ＢａＦ２−ＢａＯと、
の中から選択される、項目１または２に記載の複合内部基準電極。
【００８５】
項目４：二元混合金属／金属酸化物は、ニッケル／酸化ニッケル、パラジウム／酸化パラジウム、鉄／酸化鉄、コバルト／酸化コバルト、銅／酸化銅、タングステン／酸化タングステン、チタン／酸化チタン、バナジウム／酸化バナジウム、クロム／酸化クロム、マンガン／酸化マンガン、亜鉛／酸化亜鉛、ニオブ／酸化ニオブ、モリブデン／酸化モリブデン、ルテニウム／酸化ルテニウム、ロジウム／酸化ロジウム、銀／酸化銀、カドミウム／酸化カドミウム、インジウム／酸化インジウム、スズ／酸化スズ、アンチモン／酸化アンチモン、テルル／酸化テルル、タンタル／酸化タンタル、レニウム／酸化レニウム、オスミウム／酸化オスミウム、イリジウム／酸化イリジウム、白金／酸化白金、タリウム／酸化タリウム、鉛／酸化鉛の中から、好ましくは、ニッケルおよび酸化ニッケル、コバルトおよび酸化コバルト、鉄および酸化鉄、ならびにロジウムおよび酸化ロジウムの中から選択される、項目１から３のいずれかに記載の複合内部基準電極。
【００８６】
項目５：イオンおよび電子伝導性を提供するさらなる材料または材料混合物と二元混合金属／金属酸化物の金属酸化物を混合することによって得られ、二元混合金属／金属酸化物の金属は、金属酸化物の電気化学還元による原理内部基準電極構造の形成後、調製される、項目１から４のいずれかに記載の複合内部基準電極。
【００８７】
項目６：イオン伝導性および電子伝導性を提供する、材料または材料混合物を含む、内部基準酸素センサのための複合感知電極。
【００８８】
項目７：イオン伝導性を提供する材料は、セラミック材料および耐火性酸化物の中から選択される、項目６に記載の複合感知電極。
【００８９】
項目８：イオン伝導性を提供する材料は、
１）式中、Ｐ＝Ｌａ、Ｓｒ、およびＭ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌである、一般式：ＰＭＯ３の非ドープペロブスカイトと、
２）式中、Ｐ＝Ｌａ、Ｓｒ、およびＭ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌである、一般式：Ｐ２ＭＯ４の非ドープペロブスカイト型構造を伴う層状酸化物と、
３）式中、Ｐ＝Ｌａ、Ｙ、Ｐｒ、Ｔｂ、Ｑ＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、およびＭ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ（０≦ｘ≦１および０＜ｙ≦１、好ましくは、０．２５≦ｘ≦０．５５および０．９５≦ｙ≦１）である、一般式：（Ｐ１−ｘＱｘ）ｙＭＯ３のＡサイトドープペロブスカイトと、
４）式中、ＰおよびＱのために選定される元素が相互に異なるように、Ｐ＝Ｙ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｑ＝Ｙ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、ＭおよびＮのために選定される元素が相互に異なるように、Ｍ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ、およびＮ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ（０≦ｘ≦１および０≦ｙ≦１、好ましくは、０．２５≦ｘ≦０．５５および０．２５≦ｙ≦０．５５）である、一般式：（Ｐ１−ｘＱｘ）Ｍ１−ｙＮｙＯ３のＡサイトおよびＢサイトドープペロブスカイトと、
５）ジルコニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａである、ＺｒＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＺｒＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＺｒＯ２−Ｂｉ２Ｏ３−Ｍ２Ｏ３と、
６）ハフニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａである、ＨｆＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＨｆＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
７）セリア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒである、ＣｅＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＣｅＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
８）トリア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａである、ＴｈＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＴｈＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
９）ウラニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａである、ＵＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＵＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
１０）ビスマス酸化物系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｂである、Ｂｉ２Ｏ３−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂである、Ｂｉ２Ｏ３−Ｍ２Ｏ３と、
Ｂｉ２Ｏ３−ＷＯ３と、
Ｂｉ２Ｏ３・（ＰｂＯ）１−ｘ・（ＣａＯ）ｘ（０≦ｘ≦１、好ましくは、０．４≦ｘ≦０．８）と、
１１）酸素飽和蛍石：
ＣａＦ２−ＣａＯと、
ＢａＦ２−ＢａＯと、
の中から選択され、好ましくは、イオン伝導性を提供する材料は、随意に、ドープされたＬａＭｎＯ３、ＬａＣｏＯ３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ３、ＺｒＯ２、およびＣｅＯ２、より好ましくは、イットリア安定化ジルコニアおよびランタニド系酸化物の中から選択され、ランタニドは、好ましくは、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕの中から選択される、項目６または７に記載の複合感知電極。
【００９０】
項目９：電子伝導性を提供する材料は、セラミック材料および耐火性酸化物の中から選択される、項目６に記載の複合感知電極。
【００９１】
項目１０：電子伝導性を提供する材料は、
１）式中、Ｐ＝Ｌａ、Ｓｒ、およびＭ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌである、一般式：ＰＭＯ３の非ドープペロブスカイトと、
２）式中、Ｐ＝Ｌａ、Ｓｒ、およびＭ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌである、一般式：Ｐ２ＭＯ４の非ドープペロブスカイト型構造を伴う層状酸化物と、
３）式中、Ｐ＝Ｌａ、Ｙ、Ｐｒ、Ｔｂ、Ｑ＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、およびＭ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ（０≦ｘ≦１および０＜ｙ≦１、好ましくは、０．２５≦ｘ≦０．５５および０．９５≦ｙ≦１）である、一般式：（Ｐ１−ｘＱｘ）ｙＭＯ３のＡサイトドープペロブスカイトと、
４）式中、ＰおよびＱのために選定される元素が相互に異なるように、Ｐ＝Ｙ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｑ＝Ｙ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、ＭおよびＮのために選定される元素が相互に異なるように、Ｍ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ、およびＮ＝Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｌ（０≦ｘ≦１および０≦ｙ≦１、好ましくは、０．２５≦ｘ≦０．５５および０．２５≦ｙ≦０．５５）である、一般式：（Ｐ１−ｘＱｘ）Ｍ１−ｙＮｙＯ３のＡサイトおよびＢサイトドープペロブスカイトと、
５）ジルコニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａである、ＺｒＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＺｒＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＺｒＯ２−Ｂｉ２Ｏ３−Ｍ２Ｏ３と、
６）ハフニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａである、ＨｆＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＨｆＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
７）セリア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒである、ＣｅＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＣｅＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
８）トリア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａである、ＴｈＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＴｈＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
９）ウラニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａである、ＵＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＵＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
１０）ビスマス酸化物系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｂである、Ｂｉ２Ｏ３−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂである、Ｂｉ２Ｏ３−Ｍ２Ｏ３と、
Ｂｉ２Ｏ３−ＷＯ３と、
Ｂｉ２Ｏ３・（ＰｂＯ）１−ｘ・（ＣａＯ）ｘ（０≦ｘ≦１、好ましくは、０．４≦ｘ≦０．８）と、
１１）酸素飽和蛍石：
ＣａＦ２−ＣａＯと、
ＢａＦ２−ＢａＯと、
の中から選択され、好ましくは、電子伝導性を提供する材料は、随意に、ドープされたＬａＭｎＯ３、ＬａＣｏＯ３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ３、ＺｒＯ２、およびＣｅＯ２、より好ましくは、イットリア安定化ジルコニアおよびランタニド系酸化物の中から選択され、ランタニドは、好ましくは、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕの中から選択される、項目６および／または９に記載の複合感知電極。
【００９２】
項目１１：イットリア安定化ジルコニアと（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ３の混合物を含む、項目６から１０のいずれかに記載の複合感知電極。
【００９３】
項目１２：項目１から５のいずれかに記載の内部基準電極および／または項目６から１１のいずれかに記載の感知電極を備える、内部基準酸素センサ。
【００９４】
項目１３：
１）ジルコニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａである、ＺｒＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＺｒＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＺｒＯ２−Ｂｉ２Ｏ３−Ｍ２Ｏ３と、
２）ハフニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａである、ＨｆＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＨｆＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
３）セリア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａである、ＣｅＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＣｅＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
４）トリア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａである、ＴｈＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＴｈＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
５）ウラニア系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａである、ＵＯ２−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである、ＵＯ２−Ｍ２Ｏ３と、
６）ビスマス酸化物系固溶体：
式中、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｂである、Ｂｉ２Ｏ３−ＭＯと、
式中、Ｍ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂである、Ｂｉ２Ｏ３−Ｍ２Ｏ３と、
Ｂｉ２Ｏ３−ＷＯ３と、
Ｂｉ２Ｏ３・（ＰｂＯ）１−ｘ・（ＣａＯ）ｘ（０≦ｘ≦１、好ましくは、０．４≦ｘ≦０．８）と、
７）酸素飽和蛍石：
ＣａＦ２−ＣａＯと、
ＢａＦ２−ＢａＯと、
の中から選択される、電解質をさらに含む、項目１２に記載の内部基準酸素センサ。
【００９５】
以下の実施例はさらに、本発明を図示する。
【実施例】
【００９６】
ＩＲＯＳが、内部基準電極（ＩＲＥ）と、電解質と、感知電極（ＳＥ）と、封止層とを備えるように調製された。ＩＲＥは、ＮｉＯ（Ａｌｆａ  Ａｅｓａｒ）および８ｍｏｌ％イットリア安定化ジルコニア（８ＹＳＺ）（Ｔｏｓｏｈ）から作製された。両粉末は、焼成部分および非焼成部分を含有していた。８ＹＳＺの焼成は、１１００℃で２時間行われ、ＮｉＯの焼成は、８００℃で３時間行われた。ＮｉＯ、焼成ＮｉＯ、８ＹＳＺ、および焼成８ＹＳＺ粉末（重量比３：３：２：２）が、ボールミル混合され、テルピネオール系溶媒を伴うインクに作製された。インクは、１０×１０ｍｍ２  ＳｃＹＳＺ（１０ｍｏｌ％Ｓｃ２Ｏ３および１ｍｏｌ％Ｙ２Ｏ３安定化ジルコニア、Ｄａｉｉｃｈｉ）または８ＹＳＺテープ上にスクリーン印刷された。スクリーン印刷されたＩＲＥは、１３５０℃で空気中において２時間焼結され、ＩＲＥの質量が、ＩＲＥ調製後の増量から見出された。
【００９７】
複合感知電極の加工は、等量のＬＳＭ２５［（Ｌａ０．７５Ｓｒ０．２５）０．９５ＭｎＯ３±δ］および８ＹＳＺを含有するインクから開始した。細孔形成剤として使用される黒鉛（Ａｌｄｒｉｃｈ）が、インク（重量比２０％）中に添加された。インクは、ＩＲＥと反対の電解質側にスクリーン印刷され、１０５０℃で２時間焼結された。Ｐｔもまた、セル性能を比較するために、いくつかのセル内でＳＥとして使用された。Ｐｔ電極は、Ｐｔペースト（ＦＥＲＲＯ）をＩＲＥと反対側に塗り、次いで、１０５０℃まで２時間加熱されることによって調製された。平均電極面積は、０．２５ｃｍ２であった。
【００９８】
あるＩＲＥおよび／またはＳＥが、ＳＤＣ２０（１０ｍｏｌ％Ｓｍ２Ｏ３ドープされたＣｅＯ２、Ｃｅ０．８Ｓｍ０．２Ｏ１．９）で含浸された。含浸は、硝酸塩溶液を電極（ＩＲＥおよび／またはＳＥ）表面上に滴下し、次いで、硝酸塩を７００℃で２時間分解することによって行われた。１Ｍ、２０ｍｏｌ％Ｓｍ（ＮＯ３）３と８０ｍｏｌ％Ｃｅ（ＮＯ３）３［Ｃｅ０．８Ｓｍ０．２（ＮＯ３）ｘ］］から成る、硝酸塩溶液が、Ｓｍ（ＮＯ３）３・６Ｈ２Ｏ（Ａｌｆａ  Ａｅｓａｒ）およびＣｅ（ＮＯ３）３・６Ｈ２Ｏ（Ａｌｆａ  Ａｅｓａｒ）から調製された。ＳＤＣ２０の４回の含浸によって、一連の較正値６ｍｇ・ｃｍ−２（ＩＲＥ）および較正値３ｍｇ・ｃｍ−２（ＳＥ）がもたらされた。
【００９９】
あるＩＲＥは、圧力５０ｍＴｏｒｒ下、アルゴン中でマグネトロンスパッタリングによって塗布された金コーティングを有していた。放電電圧および電流は、それぞれ、３９０Ｖおよび４００ｍＡであって、スパッタリング時間は、１時間であった。ＩＲＥと外部回路との間の接続のために使用されたＰｔ鉛は、ＰｔペーストによってＩＲＥに接着された後、７００℃で１時間、熱処理された。電極調製、ＳＤＣ含浸、およびＰｔ鉛接続後、ガラス封止剤が塗布された。シリカ系ガラス粉末が、ポリエチレングリコールを含有する溶液と混合され、結果として生じるスラリーが、ＩＲＥを被覆するために使用された。スラリー中の有機物は、９６０℃で２時間実施され、密封を形成する、ガラス焼結プロセスにおいて分解した。９６０℃からの冷却率は、２℃／分であった。
【０１００】
セルが、正確度試験のために、アルミナ実験設定内に設置された。設定は、内径６９ｍｍおよび長さ４９５ｍｍと、４つの試料が１つのバッチとして試験されるための空間とを有する。長期安定性試験のために、セルが、内径２５ｍｍおよび長さ２９０ｍｍのより小さい石英管内に設置された。より大きいアルミナおよびより小さい石英設定は、それぞれ、ｐＯ２を７ｘ１０−３および２ｘ１０−２ａｔｍ程度に維持することができる。応答時間試験が、両設定において実施された。全試験における大気は、質量流量コントローラによって制御され、源ガス種は、空気、酸素、および窒素を含んでいた。質量流量コントローラの最小および最大流速は、それぞれ、０．１および６Ｌ・ｈ−１であった。
【０１０１】
ＩＲＯＳが、官能化する前に、そのＩＲＥは、部分的に、電気化学的に還元され、ＮｉおよびＮｉＯの二元混合物を形成する必要がある。電圧掃引試験が、ＮｉＯ還元のための適切な電圧を見出すために、非還元ＩＲＥを伴うセル上で行われた。ＩＲＥ還元および電圧掃引は、６６４℃で空気中において実施された。以下において他に記載されない場合、ＳＥとしてＰｔを伴うセルは、１．１Ｖで還元され（ＳＥ電位は、正である）、セラミック感知電極（ＣＳＥ）を伴うセルは、０．９Ｖで還元され、還元時間は、６５分であった。定電位電解法が、還元の間、実施され、電流対時間の曲線から、還元されたＮｉＯの量が、判定されることができる。
【０１０２】
セルのマイクロ構造および化学組成物は、試料研磨後、Ｎｏｒａｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｓｉｘモデル３０００エネルギー分散型Ｘ線検出器を具備する、Ｚｅｉｓｓ  Ｓｕｐｒａ３５電界放出銃走査電子顕微鏡において調査された。電圧掃引、電気化学インピーダンス分光法（ＥＩＳ）、および定電位電解法が、Ｓｏｌａｒｔｒｏｎ  ＳＩ  １２８７電気化学インターフェースを伴う、Ｓｏｌａｒｔｒｏｎ  １２５０周波数応答分析器によって行われた。ＥＩＳは、試験されているセルの電圧に等しいバイアス電圧で行われた。この方法により、得られたインピーダンススペクトルは、再現性があり、ＥＩＳは、試験されているセルに損傷を与えないであろう。正確度試験では、セル電圧は、Ｋｅｉｔｈｌｅｙ  ２７００マルチタイマによって読み取られ、新しい試験条件、すなわち、ｐＯ２または温度の間の安定化周期は、少なくとも２時間であった。１Ｖの電圧範囲内のＫｅｉｔｈｌｅｙ
２７００の正確度は、±（２５ｐｐｍの示度値＋７ｐｐｍの範囲）である。応答時間試験では、窒素ガス流速は、４Ｌ・ｈ−１に保たれた一方、酸素の流速は、０．１〜１Ｌ・ｈ−１と変動した。Ｋｅｉｔｈｌｅｙ  ２７００およびＫｅｉｔｈｌｅｙ  ＫＵＳＢ−３１０８が、それぞれ、より大きいアルミナ設定およびより小さい石英試験設定における試験のために採用された。より小さい設定では、セルの応答時間は、より大きい設定およびＫｅｉｔｈｌｅｙ  ＫＵＳＢ−３１０８におけるよりはるかに短く、はるかに高い記録周波数（≧１Ｈｚ）を保有し、利得１における正確度０．０１％は、ガス切替の過程の電圧変化を記録し得る。
【０１０３】
ＩＲＯＳの外観および構造
図１Ａおよび図１Ｂは、それぞれ、試験されたセルの研磨断面のＩＲＯＳおよびＳＥＭ画像のサイズおよび外観を示す。（Ｂ）のセルの構造は、ＩＲＥ／ＳｃＹＳＺ／ＣＳＥであった。ＩＲＥ外側のＰｔペーストおよび封止層は、全セルにおいて使用されたため、便宜上、セル構造表記内では省略される。封止層内の気泡は、相互に接続せず、封止が気密であったことを意味する。
【０１０４】
ＮｉＯの適切な還元電圧
ＮｉＯ還元のための適切な電圧を見出すために、電位掃引試験が、非還元ＩＲＥを伴うセルで行われた。図２は、構造ＩＲＥ／ＳｃＹＳＺ／ＣＳＥを伴うＩＲＯＳでの電圧掃引の結果を示す。空気中での本タイプのＬＳＭ２５−８ＹＳＺ電極の分極抵抗は、同じ条件下における、ＩＲＯＳ全体の典型的面積固有抵抗（ＡＳＲ）約３５Ω・ｃｍ２と比較して、比較的に低く、６５０℃で約０．８Ω・ｃｍ２であることが分かっている。これは、ＳＥ電位が、ほぼ一定であると考えられ得ることを意味し、電圧掃引は、したがって、疑似基準電極としてＳＥ／空気とともに電解質を含むＩＲＥの電位掃引と見なされ得る。５ｍＶ・ｓ−１の率を伴う電位掃引は、４時間、０〜−２．０Ｖの間で周期的に行われたが、１回目および２回目の掃引の０〜−１．１５Ｖの区画のみ、明確にするために、ここに提示され、−１．１５Ｖ対空気を下回って生じる事象は、本文脈に限っては、より多くのＮｉＯを還元する、すなわち、より多くかつより大きいＮｉ金属粒子を形成する効果を有する。掃引曲線は、１回目の掃引後、ほぼ同じとなった。小ピークが、１回目の掃引の間、較正値−１００ｍＶで生じたが、２回目の掃引では再現しなかった。小ピーク後、電流密度は、較正値−８５０ｍＶから数値的に増加を開始し、増加は、較正値−１．０Ｖから有意に高くなった。１回目の掃引後、ＩＲＥは、較正値−７７０ｍＶ対空気の電位を有し、２回目の掃引が０Ｖ対空気から開始したとき、電流をアノードにした。２回目の掃引では、電流は、較正値−７７０ｍＶにおいてアノードからカソードに変化し、次いで、−１０５０ｍＶを下回ると、１回目の掃引におけるものとほぼ同一の傾きを伴って、有意な増加を示した。
【０１０５】
セル電圧測定
電位差測定酸素センサの理論的セル電圧Ｖｔｈｅｏは、以下のネルンストの式によって計算されることができる。
【０１０６】
【数６】
2015514988.tif 000006
【０１０７】
式中、Ｒは、ガス定数であって、Ｔは、ケルビン温度であって、Ｆは、ファラデー定数であって、ｐＩＩは、試料ｐＯ２であって、ｐＩは、基準ｐＯ２である。ＩＲＯＳでは、基準ｐＯ２、ｐＩは、以下によって与えられる。
【０１０８】
【数７】
2015514988.tif 000007
【０１０９】
式中、
【０１１０】
【数８】
2015514988.tif 000008
【０１１１】
は、以下のＮｉＯ還元の反応の標準的ギブズの自由エネルギーである。
【０１１２】
【数９】
2015514988.tif 000009
【０１１３】
ＩＲＯＳの測定されたセル電圧Ｖｃｅｌｌは、理論的電圧Ｖｔｈｅｏから逸脱し得る。理論的電圧が、正しい電圧と考えられるため、誤差（ε）は、以下によって本論に定義される。
【０１１４】
【数１０】
2015514988.tif 000010
【０１１５】
以下のグラフ、図３Ａ、図３Ｂ、および図３Ｃは、温度範囲２１０−６６４℃内の３つのｐＯ２レベル、１．６４×１０−２、０．２１、および１ａｔｍに対する、セル設計に異なる詳細を伴う５つのＩＲＯＳタイプの測定されたセル電圧Ｖｃｅｌｌを示す。グラフはまた、理論的セル電圧Ｖｔｈｅｏを与える。セル構造表記内の電極の右の「（ＳＤＣ２０）」は、電極がＳＤＣ２０含浸を有することを意味する。表１は、全５つのセルに対する３つの温度（２６３℃、４６９℃、および６６４℃）におけるセル電圧と、理論的電圧からの逸脱、すなわち、Ｖｔｈｅｏと比較した誤差とを一覧化する。４５０℃を上回るＶｃｅｌｌは、Ｖｔｈｅｏと非常に良好に一致し、誤差（ε）は、１％未満であった。２６３℃等の低温でも、ＳＤＣ２０が両電極中に含浸されたセル５は、ε＜２％で作用可能であった。グラフは、Ｖｃｅｌｌが、２６０℃を下回る温度では、Ｖｔｈｅｏを有意に下回ることを示す。したがって、セル電圧が、周知の酸素分圧を伴うガスに対して較正されない限り、２６０℃は、ここに提示されるセルに対して示唆される最低信頼可能動作温度である。セル１の感知電極は、白金から作製され、本セルは、明らかに、ＬＳＭ２５、８ＹＳＺ、およびＳＤＣ２０の酸化物に基づく感知電極を有する他のセルより低い正確度およびより高い機能温度を示した。
【０１１６】
複合セラミック電極を伴うＩＲＯＳは、特に、拡張作業温度範囲およびより小さい誤差の側面において、Ｐｔ電極を伴うものに優る利点を示す。以下に示されるように、Ｐｔ  ＳＥを具備するセル１は、３つのｐＯ２レベルに対して、２６０−４５０℃の低温範囲内でより低い電圧を有していた。４５０℃を上回る温度でも、セル１の電圧は、表１に一覧化されるように、依然として、そのセラミック電極（ＩＲＥおよびＳＥ）がＳＤＣ２０によって含浸されたセル５のものを若干下回った。ＣＳＥを伴うセルの中で、ＳＤＣ２０含浸電極を伴うセルは、４００℃を下回って、最低誤差を有した。セル３−５を実施例として挙げると、これらは、ＳＤＣ２０によって含浸された少なくとも１つの電極を有し、温度が４００℃を下回ると、セル２より低い誤差を与えた。
【０１１７】
【表１】
2015514988.tif 000011
【０１１８】
応答時間
セルの応答時間は、セル電圧（Ｖｃｅｌｌ）を記録しながら、ガスを切り替えることによって検証された。以下のグラフ図４は、それぞれ、５２１℃、５６８℃、６１６℃、および６６３℃における、ｐＯ２循環中のセル電圧変動を示す。試験は、より小さい石英設定において実施された。循環の間、ｐＯ２は、０．０２５〜０．２ａｔｍに変動した。示されるように、セルは、ｐＯ２変動に迅速に応答した。以下が見出された。すなわち、１）応答時間は、ｐＯ２変化の方向に依存する。高から低へのｐＯ２変化は、逆プロセスより長い時間がかかる。例えば、０．２から０．０２５ａｔｍにｐＯ２が変化すると、安定セル電圧に到達するために、６６３℃で較正値３０秒がかかる一方、ｐＯ２が０．０２５から０．２ａｔｍに変化すると、セル電圧は、１５秒以内に安定化した。２）応答時間は、温度に依存する。より高い温度は、応答時間をより短くする。例えば、０．２から０．０２５ａｔｍにｐＯ２が変化すると、安定電圧に到達するために、５２１℃で較正値４５秒がかかる一方、６６３℃では較正値３０秒がかかった。理論的セル応答が、与えられ、測定されたセル電圧は、特に、低ｐＯ２条件下、理論的値をわずかに上回った。前述のように、応答時間試験のために使用された小さい石英設定は、漏出がわずかであって、したがって、本設定における０．０２５ａｔｍでの相対的誤差は、０．２ａｔｍにおいてより大きくなった。セル電圧のさらなる低下が、酸素質量流量コントローラの流速調節のプロセスによって生じ得る、０．２ａｔｍ  ｐＯ２へのガスの逆切替時に見られた。ＩＲＯＳが、高温では、ｐＯ２変動により高速で応答したため、低下は、高温、すなわち、６６３℃および６１６℃では、より明白であった。
【０１１９】
安定性、復元可能性、および温度循環
漏出と、電解質の非常に低いが有限の電子伝導性のため、試料ガス中の酸素分圧が、内部基準電極内よりはるかに高い場合、二元混合物の金属成分は、最終的に、酸化し、長期にわたって、消耗されるであろう。しかしながら、本発明による内部基準電極では、内部基準電極の消耗した金属成分は、復元され得る。故に、ＩＲＥ内のＮｉ粒子は、試料ｐＯ２がＮｉ／ＮｉＯの平衡ｐＯ２を上回るとき、最終的に、長期にわたって酸化されるであろう。これは、セル電圧をゼロに近づけさせるであろう。異なる初期ＩＲＥ還元度を伴う２つのＩＲＯＳが、以下のグラフ図５に示されるように、経時的に比較された。両セルは、（Ａｕ）ＩＲＥ／８ＹＳＺ／Ｐｔの構造を有し、１．１Ｖで還元された。セル構造表記内の「ＩＲＥ」の左の「（Ａｕ）」は、ＩＲＥがＡｕコーティングを有することを意味する。一方のＩＲＥ（黒色正方形）は、６７％のＮｉＯが還元された一方、他方（黒色円形）は、１１％のＮｉＯが還元された。前者のセルの電圧は、９０時間の試験後、いかなる電圧低下も示さなかった一方、後者のセルの電圧は、１５時間後、低下し始めた。１．１Ｖで３時間の復元（「再充電」）によって、後者のセルの電圧は、復旧した。これは、セル電圧が、Ｎｉ枯渇によるセル電圧降下が、復元可能であることを意味する。
【０１２０】
以下のグラフ図６は、構造ＩＲＥ（ＳＤＣ２０）／ＳｃＹＳＺ／ＣＳＥ（ＳＤＣ２０）を伴うセルの安定性試験を示す。試験は、１２時間毎に０．０２５〜０．２ａｔｍの酸素分圧循環を含み、２つのレベルにおけるセル電圧を与えた。ＩＲＥ内で４３％のＮｉＯが還元されたセルは、試験の間、いかなる復元動作もなかった。図から分かるように、セル電圧は、５１００時間後も、依然として、安定していた。インピーダンス分光法からの外乱ならびに湿度および温度変動等のわずかな動作条件変動のため、セル電圧に数ｍＶのわずかな変動が見られた。
【０１２１】
温度循環に対するセルの公差が、図７によって以下に示されるように、温度循環６６７℃〜２９℃によって検証された。セル電圧は、ＳＥに空気を伴た状態で、温度循環後、６６７℃で７６２ｍＶと同一に保った。インピーダンススペクトルもまた、良好に維持され、セル電気化学特性が温度循環によって有意に影響を受けないことを示した。試験は、セル成分間の温度膨張整合が大幅に実現されたことを立証した。
【０１２２】
これらの実施例は、故に、本発明の側面と関連付けられた驚くべき利点、すなわち、本発明によって提供される新規ＩＲＥ、新規ＳＥ、ならびに新規ＩＲＯＳを実証する。
【誤訳訂正３】
【訂正対象書類名】図面
【訂正対象項目名】図９
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【図９】
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