[发明专利]电化学气体传感器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求美国专利申请序列号14/289222（题目为电化学气体传感器，于2014年5月28日提交）的优先权，其通过引用并入本文。

技术领域

本申请关于电化学气体传感器和结合这样的传感器的气体检测器。更特别地，本申请关于可以部分地通过印刷来形成的这样的传感器。

背景技术

电化学气体传感器公知地用于检测和量化诸如一氧化碳、氧气等等的有毒气体。可以使用电化学单元来实现这样的传感器。这样的单元以测量电流的模式进行操作，所述模式提供与特别的分析物气体的浓度相关的电流输出。

这样的传感器通常包括感测电极。已知的电极由基于溶液的方法制成。

在这样的基于溶液的方法中，最初将催化剂超声地散布在含水的溶液中以形成悬浮液。将聚四氟乙烯（PTFE）添加到悬浮液中以形成絮凝混合物。然后，将絮凝混合物转移到衬底上，其在升高的温度下进行烧结。然后将烧结的混合物转移到微孔性PTFE膜上，然后对其加压。电极中的PTFE的比例不仅影响传感器中的气体扩散参数，它也支持电催化剂且最大化催化剂、气体和电解质之间的界面，在所述界面处发生关键的电化学过程。

如明显的，在该基于溶液的方法中需要许多步骤来制造电极。结果包括高制造成本、材料成本和劳动力成本。

附图说明

图1图示了根据此的气体检测器；

图2是图示了根据此的方法的方面的流程图；

图3是图示了对于包括GEFC-IES和铂的混合物的电极而言，针对空气中的O₂的响应时间的图；

图4是图示了对于包括GEFC-IES和铂的混合物的电极而言，针对空气中的CO的响应时间的图；以及

图5是图示了对于包括GEFC-IES、铂和石墨的混合物的电极而言，针对空气中的O₂的响应时间的图。

具体实施方式

虽然所公开的实施例可以采取许多不同的形式，但是在理解了本公开内容将被认为是其原理的例证以及实践其的最佳模式，并且不意在将其权利要求限制到说明的具体实施例的情况下，其具体实施例在附图中示出并将在本文中进行详细描述。

在一方面，具有改进的生产率的电化学气体传感器可以有利地通过使用丝网印刷技术来实现。可以由印刷机将催化剂浆或者配方（recipe）丝网印刷或半色调印刷在电极膜上，然后进行烧结。

然后，印刷的元件可以用作电化学传感器的电极。传感器的示例性类型包括O₂传感器或CO传感器。在另一方面，根据此的传感器的替换类型在没有限制的情况下包括氧气泵和有毒气体传感器。

在对于复杂的设备没有任何需求的情况下可以简单并快速地制成浆。该浆可以包括催化剂、粘合剂和稀释液。不像已知的过程，根据此的丝网印刷方法具有更少的步骤。

催化剂可以是铂、铂黑、石墨和铂的混合物、碳和铂黑的混合物、贵金属、其混合物。

可从金能燃料电池有限公司（GoldenEnergyFuelCellCo.,Ltd.）以商业方式得到的全氟离子电解质溶液（GEFC-IES全氟磺酸和PTFE的共聚物）或者可从Dupont?以商业方式得到的Nafion?（四氟乙烯（Teflon?）和全氟-3,6-二氧-4-甲基-7-辛烯-磺酸的共聚物）的溶液可以用作粘合剂。乙二醇或其它类似的化学制品可以用作稀释液以形成催化剂浆、配方或催化剂系统，其可以被印刷机印刷在PTFE膜上。印刷的元件在升高的温度下进行烧结以形成电极，其可以用在诸如O₂传感器或CO传感器的电化学传感器中。

GEFC-IES的或Nafion?的功能是粘合剂的功能。它在电极中的比例不仅影响传感器中的气体扩散参数，同时支持电催化剂且最大化催化剂、气体和电解质之间的界面，在所述界面处发生关键的电化学过程。由GEFC-IES或Nafion?制成的浆适合于用在半色调丝网印刷中。

如图1中所示，示例性氧气传感器10可以被承载在外壳12中，并且包括气体扩散感测或工作电极14、参考电极16和对电极18。如下面详细描述的，电极中的一个或多个电极可以通过印刷过程来形成。电极不需要是同样的。

如本领域技术人员将理解的，由基于本印刷的过程形成的电极可以被结合到气体检测器（诸如检测器30）中。检测器30可以包括承载传感器10以及如本文中描述的那样制造的电极14-18的外壳34。控制电路36可以耦合至电极以进行气体浓度确定。可以提供音频和/视觉输出装置38以警告用户当前感测的气体浓度。