W ciągu ostatnich czterdziestu lat nastąpił gwałtowny rozwój badań nad materiałami w stanie stałym, charakteryzującymi się wyjątkowo dużą jonową przewodnością elektryczną. Materiały te, nazywane elektrolitami stałymi, przewodnikami szybkich jonów lub przewodnikami superjonowymi, zawdzięczają swoje unikatowe właściwości dużej koncentracji jonowych nośników prądu oraz dużej ruchliwości nośnikó[...]

  Solid oxide fuel cell (SOFC) is an electrochemical device that converts chemical potential energy directly into electrical power. In comparison with a traditional combustion process, the SOFCs offer greater efficiency, reliability and environmental friendliness [1]. The SOFCs have a great potential to generate power from a wide range of fuels: hydrogen, carbon monoxide, hydrocarbons and alcohols. However, when operated, the fuel cells usually degrade. The nature of this process depends on the type of the applied fuel and materials used to fabricate the SOFC. In particular, when hydrocarbons are used as a fuel, a carbon can deposit inside the anode structure [2]. The deposited carbon may cause a complete degradation of the fuel cell. Further development of the SOFCs requires investigation of degradation process during fuel cells operation. Among the fuel cell diagnostic tools, AC impedance spectroscopy is a powerful technique [3]. This method allows obtaining information about different electrode processes, namely, oxygen reduction reaction kinetics, mass transfer and electrolyte resistance losses [4]. Selection of the appropriate experimental conditions (temperature, pressure and flow rate) may provide information extracted from the impedance spectra about the performance losses from the each fuel cell element separately [3,5]. Different electrode processes reveal unique characteristic frequencies, which depend on cell structure, materials used for SOFC fabrication and testing conditions. For example, in case of the anode supported cells with LSM ((La0.75Sr0.25)0.95 MnO3) cathode operated at 750°C it was found [6], that the characteristic freque[...]

  Urządzenia zdolne do identyfikacji składu mieszaniny gazów dzięki wykorzystaniu czujników gazu oraz odpowiednich metod analizy zmierzonych sygnałów, często nazywane elektronicznym nosem, stanowią atrakcyjne alternatywne rozwiązanie dla innych systemów analizy składu gazu, takich jak np. chromatografy gazowe, z powodu ich stosunkowo niskiego kosztu, mobilności oraz możliwości identyfikacji gazów w czasie rzeczywistym w środowisku ich pracy. Do tej pory nosy elektroniczne znalazły zastosowanie w wielu aplikacjach. Są wykorzystywane między innymi do monitoringu środowiska, w medycynie do wspomagania diagnozy bądź do kontroli jakości produktów spożywczych [1]. Istnieją jednak pewne problemy, które powodują znaczne ograniczenie możliwości wykorzystania tego typu urządzeń, związane głównie z wykorzystywanymi czujnikami gazu. Najczęściej wykorzystywanym rodzajem sensorów w elektronicznych nosach są rezystancyjne półprzewodnikowe czujniki gazu. Uważa się, że czujniki półprzewodnikowe są najbardziej niezawodne i dostosowane do długotrwałego działania [2]. Pomimo tego, jedną z większych wad związanych z czujnikami półprzewodnikowymi jest występujące w nich zjawisko dryftu sygnału. Dryft, definiowany jako stopniowa zmiana poziomu odpowiedzi czujnika w czasie, sprawia, że urządzenie nie jest w stanie pracować poprawnie i wymaga okresowej kalibracji. Istnieją różne przyczyny tego zjawiska: związane z konstrukcją czujnika (zatrucie, starzenie), zależne od warunków środowiskowych (temperatura, wilgotność) oraz z systemem pomiarowym (np. wpływ prędkości przepływu gazu w celce pomiarowej) [3]. Opracowywane są metody kompensacji niekorzystnego efektu dryftu [np. 4, 5], jednakże natura tego zjawiska wciąż wymaga badań. Jednym z typów dryftu sygnału w czujnikach gazu jest wpływ czynników środowiskowych. Wartość odpowiedzi czujników półprzewodnikowych jest silnie zależna od temperatury otoczenia oraz wilgotności [6]. Większość dostępnej literatu[...]

In recent years, a new and particularly interesting group of electrochemical gas sensors, which employ cyclic voltammetry technique to solid electrolytes, has been proposed and intensively developed [1-7]. Cyclic voltammetry is a method widely used in liquid electrochemistry for determination of chemical species concentration. The method is based on oxidation and reduction of chemical specie[...]

Czujniki elektrokatalityczne zbudowane na bazie elektrolitów stałych stanowią stosunkowo nowy typ czujników elektrochemicznych. Czujniki te pobudzane są okresowym sygnałem trójkątnym przy jednoczesnym pomiarze odpowiedzi prądowej czujnika (woltamperometria cykliczna). Jak pokazały nasze wcześniejsze badania [1, 2], w obecności NO2, So2 i Co2 w otoczeniu czujników zbudowanych na bazie wybrany[...]

Gas sensors are becoming indispensable in many applications. They play important role in controlling our everyday environment. Nowadays many gas sensors are commercially available, either for poisonous species (nox, Sox) or for other gases, e.g. hydrogen, nitrogen, oxygen, alcohols etc [1]. research trend in this discipline is connected with improving sensor response time and stability in lo[...]

Oddziaływania pomiędzy cząsteczkami pary wodnej z filmem polimeru w dużym stopniu zależą od temperatury. Mechanizm procesów sorpcyjnych może być opisywany w oparciu o analizę wartości funkcji termodynamicznych. Zmiana entalpii adsorpcji H jest funkcją stopnia związania adsorbatu z polimerem, a zmiana energii swobodnej G określa tendencje systemu gaz/polimer do oddziaływań wzaje[...]

Czujniki gazów są przyrządami znajdującymi szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach życia. Usprawniają zarówno liczne procesy produkcyjne, jak i jakość codziennego życia poprzez kontrolę otaczającej atmosfery. Zastosowanie nowoczesnych czujników gazów wpływa bezpośrednio na stan środowiska, czego przykładem są np. czujniki lambda stosowane w samochodach, które umożliwiają redukcję wydzielania zanieczyszczeń poprzez kontrolowanie stechiometrycznego procesu spalania paliwa w silnikach samochodowych. Wśród dostępnych materiałów, czujniki zbudowane w oparciu o materiały ceramiczne posiadają wiele wyróżniających je cech [1]. Są wytrzymałe mechanicznie, pracują w szerokim zakresie temperatur, mogą być wykonane wieloma technikami: cienkie/grube warstwy, pastylki, itp. Wśród kilku typów czujników, wyróżnić można czujniki rezystancyjne, których zasada działania opiera się na zmianie przewodności elektrycznej (rezystancji) w wyniku oddziaływania materiału z którego zbudowany jest czujnik z otaczającymi gazami. W porównaniu do czujników potencjometrycznych czy amperometrycznych, budowa czujnika rezystancyjnego jest mniej skomplikowana. Do prawidłowego działania czujnik taki nie wymaga ani gazu odniesienia, ani bariery dyfuzyjnej i może być cały bezpośrednio umieszczony w badanej atmosferze. Z tego względu, tradycyjną sondę lambda, wykonywaną najczęściej jako czujnik potencjometryczny z elektrolitem z YSZ (tlenek cyrkonu stabilizowany tlenkiem itru - yttria stabilized zirconia) próbuje się zastąpić czujnikami rezystancyjnymi (np. TiO2, domieszkowane SrTiO3). Czujniki takie pracują w wysokich temperaturach, powyżej 600°C i muszą być stabilne w długim okresie działania w agresywnym środowisku spalin. Podstawową wadą takich materiałów jest zależność przewodności elektrycznej zarówno od temperatury, jak i ciśnienia parcjalnego tlenu. Przewodnictwo elektryczne materiałów ceramicznych stosowanych do konstrukcji rezystancyjnych czujników tl[...]

  In recent years, solid state ion conducting materials have been intensively developed. These materials have a relatively high ionic conductivity based on a single predominantly conducting anion or cation species and have negligibly small electronic conductivity. Typically, useful solid electrolytes exhibit ionic conductivities from 10-1 to 10-5 S/cm at room temperature. Solid state electrolytes exhibit a potential for application in a variety of solid state electrochemical devices such as fuel cells, batteries, membranes, pumps and sensors [1]. Gas sensors are one of the most critical and rapidly growing areas in modern solid electrolyte technology. Solid state gas sensors are cost effective, small, rugged and reliable [2, 3]. Usually electrochemical solid state sensors operate in either potentiometric or amperometric mode [4, 5]. A lack of selectivity is sometimes a shortcoming of such sensors. It seems that improvements of selectivity can be obtained in case of the electrocatalytic sensors. Their working principle is based on acquisition of an electric current, while voltage ramp is applied to the sensor. The current-voltage response depends in a unique way on the type and concentration of ambient gas. In case of electrocatalytic gas sensors usually a linearly changing voltage excitation signal of symmetrical triangular shape in range from 5 to -5 V is applied to the sensors terminals [6]. The voltage sweep rate is adjusted to 50 mV/s. This, originated from liquid electrochemistry, method has some shortcomings. In typical conditions, one measuring cycle takes up to 7 min. Stable response is obtained most often after 2 or more cycles, thus extending measuring time even further. Long measuring time can limit application of electrocatalytic sensors in environments with fast gas concentration changes. In th[...]

  In recent years electrochemical gas sensors based on solid state electrolytes have been intensively investigated. They are relatively easy to fabricate, simple in use and quite durable. Nasicon (Na Super Ionic Conductor) is one of the most promising materials, which have been used in construction of gas sensors. Sensors based on Nasicon are used for detecting of different gases including carbon oxides [1, 2], nitrogen oxides [3-6] and sulfur dioxide [7]. Most of these devices operate in potentiometric or amperometric mode. In case of some sensor constructions, besides electrolyte and metal electrodes, additional layers are applied. In some cases such phase is required to obtain sensitivity to specific gas or to shift operating temperature to more preferred one [7]. In other cases sensor properties such as selectivity or stability are improved. Auxiliary phase usually forms extra interface between measured gaseous compound and electrolyte or electrodes. For example, in case of amperometric sensors, it was noticed, that presence of auxiliary layer on surface of sensing electrode can increase the number of reaction sites thus improving sensor sensitivity [5]. Auxiliary layer may also be used to create a diffusion barrier. In case of the potentiometric or amperometric nitrogen oxides sensors based[...]