电化学气体传感器、液体电解质以及液体电解质的用图_4

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2和R 3相互独立地选自 !!、順和亂并且其中^选自^-^羟基乙基卜幻-哌嗪基~⑴-吗啉基卜"-环己基-、 三_(羟甲基)甲基,其中该缓冲剂特别优选是3-(N-吗啡基)丙磺酸。
[0049] 认识到特别有利的是,在本发明的电化学气体传感器中使用本发明的液体电解 质。在此,本发明的电化学气体传感器特别有利地用于检测NH 3或含NH3的气体混合物。也 可设想用于检测胺-化合物或肼。所以,本发明的液体电解质也同样有利地用于检测順 3或 含NH3的气体混合物。在此当然也可设想用于检测胺-化合物或肼。在此更特别优选的是, 含有本发明液体电解质的本发明电化学气体传感器用于检测NH 3或含順3的气体混合物、 胺-化合物和/或肼。
[0050] 其它特征、细节和详情由下面所述的附图和实施例得出。不言而喻,这些实 施例仅是示例性的,并对本领域技术人员而言可毫无疑问地的得出其它的变型方案和 实施例。
[0051] 图1示出本发明的电化学气体传感器的示意结构。
[0052] 图2a示出本发明气体传感器的另一个实施例的示意结构。
[0053] 图2b示出图2a的气体传感器的分离部件沿截平面A-A的俯视图。
[0054] 图3a示出本发明气体传感器的另一个实施例的示意结构。
[0055] 图3b示出图2b的气体传感器的分离部件沿截平面C-C的俯视图。
[0056] 图4示出含有本发明电解质的电化学气体传感器中用于NH3的检测反应的示意过 程。
[0057] 图1中示出本发明的电化学气体传感器10的特别简化的结构。该气体传感 器10具有含气体入口 21和气体出口 22的外壳20。该外壳20还具有附加的开口 23 以用于压力平衡。外壳20的内部形成为电解质储槽30。在外壳20中设置有工作电极51、 对电极52和参比电极53。
[0058] 该工作电极51设置在气体入口 21的后面,以使其可与含有反应性物类的流入气 体反应。在该气体入口 21的区域中,在工作电极51和外壳20之间设置有保护膜60。
[0059] 该对电极52悬挂在对电极支架26上。在这个实施例中,对电极支架26固定在外 壳20上。可看出,该对电极52从所有侧面由电解质40围绕流动。
[0060] 在此实施例中,电解质40是来自溶剂、导电盐、有机介质和缓冲剂的组合物。对 此,该电解质例如是来自作为溶剂的异丙二醇碳酸酯和碳酸亚乙酯的混合物、作为导电盐 的1-己基-3-甲基咪唑鑰-三(五氟乙基)三氟磷酸盐、作为有机介质的叔丁基-1,2-二 羟基苯或蒽醌-2-磺酸以及作为缓冲剂的3-(N-吗啡基)丙磺酸的组合物。
[0061] 图2a中所示的本发明的气体传感器10也具有含气体入口 21和气体出口 22和附 加的开口 23的外壳20。在这个实施例中,在外壳20中设置有分离部件70,该分离部件将 外壳20的内部分为下室24和上室25。如图1中所述的实施例,该对电极52固定在对电极 支架26上和位于上室25中。该参比电极53也设置在上室25中。
[0062] 所述分离部件70由上构件71和底构件72组成。该上构件71呈管状,并具有上 开口 73和下开口(图2a中未示出),该下开口与底构件72的开口(图2a中也未示出)相通。 也可设想,该上构件71的下开口相当于底构件72的开口。该底构件72延伸至外壳20的 外壳壁27。以此方式,底构件72形成上室和下室24、25的隔板。在此,上室25形成电解质 储槽30。从该电解质储槽30,电解质40可通过上构件71的上开口 73进入分离部件70,并 从那里穿过底构件72流入该外壳的下室24中。
[0063] 工作电极51和捕集电极54设置在下室24中。如图1中所述的实施例,在此该工 作电极51也如此设置在外壳20的气体入口 21的后面,以使流入的气体尽可能直接与工作 电极51相遇。在气体入口 21和工作电极51之间仅形成保护膜60。该保护膜60保护工作 电极51免受例如通过尘粒可能引起的机械损伤。认识到,该工作电极51由流入下室24的 电解质40围绕流动。
[0064] 在工作电极51和捕集电极54之间设置有中间膜61。该中间膜61是如此的形状 稳定,从而可防止工作电极51和捕集电极54之间的直接接触。同时,将该中间膜61用电 解质40浸渍。以此方式,该工作电极51和捕集电极54呈相互流体接触。
[0065] 在捕集电极54和分离部件70的底构件72之间也设置有中间膜62。该第二中间 膜62也用电解质40浸渍。认识到,以此方式电解质40可从上室24穿过分离部件70和穿 过中间膜62流入或可流入下室25。这特别在图2b中所示的沿图2a的A-A线的截面中也 清楚表明。在此截面中,可看出设置在外壳20中的分离部件70的俯视图。该分离部件70 的底构件72具有圆盘形状。其延伸至外壳壁27。该分离部件70的上构件71具有管的形 状,其具有上开口 73和下开口 74。该下开口 74与底构件72中的开口相通。对此也完全可 设想,上构件71和底构件72整块制造,例如制造为普通浇铸件或车削件,以使该上构件71 的下开口同时是该底构件72的开口。在图2b中,沿图2a中所示的方向B从上向分离部件 70看。在此,穿过上构件71可看出设置在下室24中的中间膜62。
[0066] 在另一个(未示出的)实施例中也可设想,在基本上如图2a和2b中所述的气体传 感器10制造的气体传感器10中,在下室24中仅设置工作电极51但无捕集电极54,以代替 工作电极51、捕集电极54以及第一和第二中间膜61、62形成的组合。在此情况下,第一中 间膜61直接设置在工作电极51和分离部件70的底构件72之间。
[0067] 在图3a和3b中看出分离部件70的另一个实施方案变型。如前述实施例,这里该 气体传感器10具有含气体入口 21、气体出口 22、附加的开口 23和电解质储槽30的外壳 20。分离部件70也将该外壳20分成上室和下室24、25。该电解质储槽30也由上室24形 成。如图2a中所示的实施例,在该下室中设置有工作电极51、捕集电极54以及第一和第二 中间膜61、62和保护膜60。为避免重复,在此考阅上面己述的内容。
[0068] 在图3a和3b所示的实施例中,对电极支架26是分离部件70的一部分。认识到, 对电极52固定在该对电极支架26上并设置在上室25中。在此,该对电极支架26由至少 一条辐条261形成,该辐条从分离部件70的上构件71放射状延伸至该气体传感器10的外 壳壁27。在所示实例中,在此该对电极支架26具有外环262,该外环以车轮方式围绕上构 件71。在此,这些辐条261从上构件71延伸至环262。但在一个较简单的替代(未示出)实 施例中也可设想,辐条261的一条或多条与外壳壁27直接接触,而不存在这样的环262。
[0069] 在对应于沿图3a的C-C线的横截面的图3b所示的俯视图中,看出对电极支架26 的结构。在此,沿方向B (参见图2a)从上向设置在气体传感器10中的分离部件70看。
[0070] 在每个所述实施例中,在电解质储槽30中均存在本发明的电解质40。在此,该电 解质40不仅可到达工作电极51,也可到达捕集电极54。如图4中所示的实施例,如果反应 性物类是NH 3,则在流入的NH3、工作电极和拦截电极51、52的材料和电解质40之间可分别 发生化学反应。
[0071] 在此,流入气体传感器10的NH3在工作电极51表面上与电解质发生反应。在此, 该工作电极51优选例如由具有碳-纳米管-涂层512的PTFE-膜511构成。对电极52优 选由贵金属构成。在此实施例中,电解质40是来自作为溶剂的异丙二醇碳酸酯和/或碳酸 亚乙酯、作为导电盐的1-己基-3-甲基咪唑鑰-三(五氟乙基)三氟磷酸盐和作为有机介 质的叔-丁基-1,2-二羟基苯的组合物。此外,该电解质优选还含有缓冲剂,即3-(N-吗啡 基)丙磺酸。如在图4中可看出,该叔-丁基-1,2-二羟基苯在该工作电极51上氧化成 叔-丁基-醌。在此释放出的质子与流入气体传感器10的NH 3K应生成铵离子。该铵离 子到达对电极52,在那里发生先前形成的叔-丁基-醌的逆反应并生成1,2-二羟基苯。在 此,由铵离子再释放出NH 3,该册13可通过气体出口 22排出。在反应进行的过程中,所使用 的缓冲剂稳定电解质储槽30中存在于工作电极和
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