[发明专利]氧传感器

说明书

本发明提供了一种燃料电池氧传感器，包括：氧阴极；用于控制氧向阴极扩散的速率的扩散控制装置；燃料；能够通过燃料的电化学氧化来得到电流的电催化阳极；以及电解质，所述燃料部分或全部地溶解在所述电解质中。

技术领域

本发明涉及电化学传感器，尤其涉及氧传感器。

背景技术

从20世纪七十年代起，电化学氧传感器（galvanic oxygen sensor）是被开发和市场化的第一批电化学传感器。

基于电化学原理工作的氧传感器其最简单的一种型式就是两电极系统。最常见的模式包括铅阳极和氧阴极。其工作电极和对电极由一薄层电解液隔开并经由一个很小的电阻联通外电路。当气体扩散进入传感器后，在敏感电极表面进行氧化或还原反应，产生电流并通过外电路流经两个电极。该电流的大小与气体的浓度成比例，可通过外电路的负荷电阻予以测量。

为了使反应能够发生，敏感电极的电位必须保持在一个特定的范围内。但气体的浓度增加时，反应电流也增加，于是导致对电极电位改变（极化）。由于两电极是通过一个简单的负荷电阻连接起来的，虽然敏感电极的电位也会随着对电极的电位一起变化。如果气体的浓度不断地升高，敏感电极的电位最终有可能移出其允许范围。至此传感器将不成线性，因此两电极气体传感器检测的上限浓度受到一定限制。

对电极的极化所受的限制可以引进三电极系统（即第三电极、参考电极、和利用一外部的恒电位工作电路）来予以避免。在这样一种装置中，敏感电极曲线相对于参考电极保持一固定值。在参考电极中无电流流过，因此这两个电极均维持在一恒定的电位。对电极则仍然可以进行极化，但对传感器而言已不产生任何限制作用。

这样的氧传感器具有很多优点。它们紧凑、可靠、不用电、且可跨可接受温度范围操作而无需加热。尽管它们能够提供令人满意的性能，但是其含铅的事实在当今引起了关注，人们如今在积极寻找新的无铅配方。可用金属的选择限于周期表的内容以及它们的合金，此类途径的成功与否通过替代掉铅的电化学氧传感器的成功来判断。

已进入市场的无铅氧传感器采用的是以上所述的三电极系统，因此在结构上更加复杂，且与现有类型的氧传感器之间存在管脚不兼容的问题。

因此，人们需要开发一种采用两电极系统的无铅氧传感器，其不仅紧凑、可靠、不用电、可跨可接受温度范围操作而无需加热，而且对环境友好。

发明内容

鉴于上述提到的主要问题，本发明中阐述的燃料电池氧传感器，包括：氧阴极，用于控制氧向阴极扩散的速率的扩散控制装置，燃料，能够通过燃料的电化学氧化来得到电流的电催化阳极，以及电解质，所述燃料部分或全部地溶解在所述电解质中。

在本发明的燃料电池氧传感器的一个实施例中，阴极含铂。

在本发明的燃料电池氧传感器的一个实施例中，阴极含金。

在本发明的燃料电池氧传感器的一个实施例中，阴极含银。

在本发明的燃料电池氧传感器的一个实施例中，阴极含碳。

在本发明的燃料电池氧传感器的一个实施例中，扩散控制装置是孔。

在本发明的燃料电池氧传感器的一个实施例中，扩散控制装置是微孔膜。

在本发明的燃料电池氧传感器的一个实施例中，扩散控制装置是无孔膜。

在本发明的燃料电池氧传感器的一个实施例中，阳极含铂。

在本发明的燃料电池氧传感器的一个实施例中，燃料是醇。

在本发明的燃料电池氧传感器的一个实施例中，电解质是酸性的。

在本发明的燃料电池氧传感器的一个实施例中，电解质是碱性的。