横波型弾性表面波を用いた直接メタノール燃料電池用メタノールセンサの開発

摘要

横波型弾性表面波（SH-SAW）を用いるとメタノール（MeOH）濃度を測定できる．SH-SAW センサにより測定可能なMeOH の物性値は粘度と誘電率である．圧電結晶として36度回転Y板X伝搬LiTaO_3 を用いると，比誘電率を計測する高感度MeOH センサが実現できる．このSH-SAW を用いて直接メタノール燃料電池（DMFC）用メタノールセンサを実現する場合，高温時に発生する気泡はセンサ応答に大きく影響する．短絡，開放面上に気泡を設けたときの実験と数値解析により，気泡の影響について検討した．次に，送液ポンプを用いて液体を循環させながら温度を一定に保ったときの経時特性を測定した．試料温度が高くなるほど気泡の影響が現れる．しかし，循環させることにより気泡の影響は小さい．さらに，実際のDMFC ではギ酸の影響も考慮しなければならない．そこで，センサ周波数を考慮した検討を行い，高周波数センサを用いればいいことを明らかにした．%Concentration of methanol (MeOH) solution is measured using a shear horizontal surface acoustic wave (SH-SAW) sensor. The SH-SAW sensor can detect both viscosity and dielectric constant. When 36YX-LiTaO_3 is used, a high sensitive MeOH sensor for detecting the dielectric constant is realized. We have been developing the MeOH sensor for a direct methanol fuel cell. Bubbles are generated at high temperature and the sensor responses are influenced. The influence of bubbles is discussed on the basis of experiment and numerical calculation. Both results indicate that phase shift due to the bubble on the free surface is larger than on the metalized surface. Then the long time stability at different temperature is measured. Increasing the temperature, sensor responses vary widely due to bubbles. However, fluctuations are reduced using the pump. A formic acid is generated during an electrode reaction. To reduce the influence of the formic acid, sensor sensitivities are calculated and found that high frequency SH-SAW sensor must be used.