SOx Sensor Using NASICON Solid Electrolyte

NASICON 고체 전해질을 사용한 SOx 가스 감지센서

A SOx sensor using NASICON electrolyte was developed for monitoring of air pollution. The following galvanic cell with $Na_{2}SiO_{3}(Pt)$ reference electrode was assembled : Pt | $Na_{2}SiO_{3}$ | NASICON | $Na_{2}SO_{4}$ | Pt, $SO_{2}$, air $Na_{2}SO_{4}$ was used as an indicator electrode to protect NASICON electrolytes from chemical reaction with $SO_{2}$. The EMFs were measured after injecting $SO_{2}$ in the initial concentrations range of $5{\sim}95ppm$ at $400{\sim}550^{\circ}C$. The measured and calculated potentials were in good agreement above $500^{\circ}C$. However, the cells were unstable below $500^{\circ}C$, most likely due to incomplete attainment of chemical equilibrium. Response time was within 10 min. Based on the stability and response time of this cell, the NASICON solid electrolyte with $Na_{2}SiO_{3}(Pt)$ as the reference electrode and $Na_{2}SO_{4}$ (Pt)as the indicator electrode showed the possibility of a reliable, inexpensive commercial solid-state SOx sensor.

NASICON 전해질을 이용하여 대기환경 측정용의 SOx센서를 개발하였다. 다음 형태의 $Na_{2}SiO_{3}(Pt)$ 기준전극을 사용한 갈바니 셀을 조립하였다. Pt | $Na_{2}SiO_{3}$ | NASICON | $Na_{2}SO_{4}$ | Pt, $SO_{2}$, air $SO_{2}$ 와 NASICON의 반응을 피하기 위해 $Na_{2}SO_{4}(Pt)$를 지시전극으로 사용하였으며, $400{\sim}550^{\circ}C$ 범위에서 $5{\sim}95ppm$ 농도의 $SO_{2}$ 가스를 주입하고 나서 EMF를 측정하였다. $500^{\circ}C$ 이상의 온도에서 측정된 EMF는 계산치와 일치하였으나, $500^{\circ}C$ 이하에서는 불완전한 평형 때문에 센서의 거동이 불안정하였다. 감응시간은 약 10분 정도 이내였다. 이전지의 안정도와 응답시간으로 보건데, $Na_{2}SiO_{3}(Pt)$를 기준전극으로 하고 순수 $Na_{2}SO_{4}(Pt)$를 지시전극으로한 NASICON 고체전해질은 SOx 측정용의 상업적인 센서물질로써 가능성이 있다.