DE2808165A1

DE2808165A1 - Spannungsstabilisiert betriebener festpolymerelektrolyt-gasmessfuehler mit drei elektroden und mit hoechst temperaturunabhaengigen grundstromeigenschaften bei null-luft betrieb

Info

Publication number: DE2808165A1
Application number: DE19782808165
Authority: DE
Inventors: Russell Mason Dempsey; Anthony Basil Laconti; Mary Elizabeth Nolan
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1977-02-28
Filing date: 1978-02-25
Publication date: 1978-08-31
Also published as: IT7820582A0; JPS53118099A; GB1597413A; IT1094165B; FR2382011B1; FR2382011A1

Description

1 River Road
SCHENECTADY, N.Y./U.S.A.

Spannungsstabilisiert betriebener Festpolymerelektrolyt-Gasmeßfühler mit drei Elektroden und mit höchst temperaturunabhängigen Grundstromeigenschaften bei Null-Luft Betrieb

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrochemischen Gas- oder Dampfmeßfühler und insbesondere auf einen solchen vom Festpolymerelektrolyt- bzw. SPE-Typ (solid polymer electrolyte, SPE) , der bei Null-Luft Betrieb sehr temperaturstabil ist.

In der US-Patentanmeldung Ser.Nr. 773 136 vom 28. Februar 1977 mit dem Titel 'Self-Humidifying, Potentiostated, Three-Electrode, Solid Polymer Electrolyte (SPE) Gas Sensor¹ bzw. in einer hierauf basierenden, gleichzeitig mit der vorliegenden Patentanmeldung eingereichten deutschen Patentanmeldung derselben

y
Anmelderin ist eine Gas-Meßfühlervorrichtung angegeben, bei der ein Festpolymerelektrolyt benutzt wird, die ferner eine Selbstbefeuchtung aufweist und die in einem potentiostatischen (potentiostatic) Betrieb arbeitet, um zeitlich invariante bzw. gleichbleibende große Ausgangssignale zu erzeugen, wenn Gase, wie Kohlenmonoxid, NC>2, Alkohol, usw. erfaßt werden. Die in der zuvor genannten Patentanmeldung beschriebene Gas-Meßfühlervorrichtung kann weiter verbessert werden, um die thermischen Eigenschaften der Zelle zu steuern, so daß der Hintergrund- bzw. Grundstrom über * Az. 4585-52-EE-O248 Β09835/085Θ

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einen weiten Bereich von Temperaturen beim Fehlen des zu erfassenden Gases, wobei dieser Zustand als 'Null-Luft¹ Betrieb bezeichnet wird, eliminiert oder auf ein Minimum reduziert wird. Dieses kann in einem Zellenaufbau realisiert werden, bei dem die Referenz- und Erfassungs- bzw. Meßelektroden vorzugsweise an derselben Seite der Membran und die Referenzelektrode so nahe wie möglich an der Erfassungselektrode angeordnet sind, wobei die Referenzelektrode jedoch abseits von den Flußlinien zwischen den Erfassungs- und Gegenelektroden gehalten wird. Zusätzlich sind die elektrochemischen und chemischen Charakteristiken der Elektroden während eines Null-Luft Betriebes so weit wie möglich angepaßt bzw. gleich.

Die verschiedenen Vorteile der Erfindung sind in einem elektrochemischen Gasmeßfühler vom Festpolymerelektrolyt-Typ realisiert, bei dem die Erfassungs- und Referenzelektroden so nahe wie möglich und vorzugsweise an einer Seite einer Membran angebracht sind. Diese Elektroden und eine Gegenelektrode an der anderen Seite der Membran sind durch eine potentiostatische bzw. Spannungsstabilisierende Schaltung verbunden, die das Potential an der Erfassungselektrode auf dem erwünschten Pegel für eine optimale Oxidation oder Reduktion des zu erfassenden Gasbestandteils hält und eine feste Potentialdifferenz zwischen der Erfassungselektrode sowie der Referenzelektrode aufrechterhält. Die Elektroden sind bezüglich ihrer chemischen sowie elektrochemischen Struktur ähnlich gebildet und in einer übereinstimmenden Weise an der Membran festgelegt. Obwohl die Referenz- und Erfassungselektroden in enger Nähe auf der Membran angebracht sind,sind sie dennoch so angeordnet, daß sich die Referenzelektrode nicht in dem Stromflußfeld befindet, das von dem durch die potentiostatische Schaltung von der Gegenelektrode zur Erfassungselektrode getriebenen Strom erzeugt wird.

Die charakteristischen neuen Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen. Die Erfindung selbst wird bezüglich ihres Aufbaues und ihrer Betriebsweise zusammen mit weiteren Zielen und Vorteilen unter Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung sowie die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 - in einer auseinandergezogenen Ansicht eine Gas-Meßfühlerzelle nach der vorliegenden Erfindung,

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Figur 2 - in einer teilweise gebrochenen Ansicht die Festpolymerelektrolyt-Membran aus Figur 1 und

Figur 3 - in einem schematischen Diagramm die Gas-Meßfühlerzelle und eine potentiostatische Schaltung zum Halten der Referenz- sowie Erfassungselektroden auf den erwünschten Potentialen wie auch eine Thermistor-Temperaturkompensationsschaltung zum Kompensieren des Meßspannenausgangssignals (output span signal) über den Bereich von 1° bis 4o° C.

Der Betrieb des thermisch stabilen, elektrisch vorgespannten, potentiostatisch bzw. spannungsstabilisert betriebenen, elektrochemischen Gas-Meßfühlers mit drei Elektroden basiert auf der Oxidation oder Reduktion des zu erfassenden Bestandteils an der katalytischen Erfassungs- bzw. Fühlerelektrode. Diese Elektrode wird auf einem Potential zum Erzeugen einer schnellen Oxidation oder Reduktion des zu erfassenden Gasbestandteils gehalten. Beispielsweise erfolgt im Falle von Kohlenmonoxid eine Oxidation von Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid. Die Erfassungselektrode ist auch vorgespannt, um das Potential an oder über dem Ruhepotential einer Elektrode für Sauerstoff oder Luft zu halten, so daß eine Oxidation oder eine Reduktion von Luft einen minimalen Einfluß auf das Ausgangssignal der Zelle hat» Dies kann dadurch erreicht werden, daß die Referenzelektrode auf dem Ruhepotential für Sauerstoff und die Erfassungselektrode auf einem um einen festen Wert höheren Potential als die Referenzelektrode gehalten werden. Das Potential der Erfassungselektrode muß jedoch unter dem Potential gehalten werden, bei dem eine Dissoziation von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff auftritt. Beispielsweise beträgt im Fall von Kohlenmonoxid das Elektrodenpotential für das CO₂/CO Redox-Paar -o,12 Volt in bezug auf die Platin/Wasserstoff Referenzelektrode. Wenn das Potential der Erfassungselektrode im Bereich von 1,o bis 1,3 Volt gehalten wird, erfolgt eine schnelle und weitgehend sofortige Oxidation des die Erfassungselektrode erreichenden Kohlenmonoxids, wobei die folgenden Reaktionen an den Erfassungs- und Gegenelektroden auftreten:

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Erfassungselektrode

CO + H₂O = CO₂ + 2H⁺ = 2e~ (1)

Gegenelektrode

2H⁺ + 2e~ = H₂ oder (2)

2H⁺ + 1/2 O₂ + 2e = H₃O (3)

Aus den obigen Reaktionen ist es ersichtlich, daß bei einer Oxidation von Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid Elektronen freigesetzt werden, die in dem äußeren Kreis fließen, und Wasserstoffionen durch den Elektrolyten (zusammen mit gewissen Wassermolekülen) zu der Gegenelektrode transportiert und dort reduziert werden, um molekularen Wasserstoff oder Wasser zu bilden. Der als Ergebnis dieser schnellen Oxidation von Kohlenmonoxid in dem äußeren Kreis fließende Strom ist somit direkt proportional zur Kohlenmonoxidkonzentration.

Im Fall einer CO Erfassung und mit dem hier benutzten sowie zu beschreibenden bestimmten Katalysator ist durch Begrenzen des Potentials der Erfassungselektrode auf 1,3 Volt dieses Potential nicht ausreichend anodisch zum Oxidieren von Wasser, und es ergeben sich Fehler aufgrund des Stromes, der durch die Oxidation des O₂,H /H₂O Paares erzeugt wird. Das heißt, das theoretische Sauerstoff/Wasser Redox-Paar beträgt 1,23 Volt. Aufgrund der hohen Überspannung an der Elektrode erfolgt jedoch die Oxidation von Wasser bei einer gewissen Spannung, die größer als 1,23 Volt ist. Für den bei dem vorliegenden Fühler benutzten Platin-5 % Iridium Katalysator ergibt sich eine minimale Oxidation von Wasser bei 1,3 Volt, wodurch sichergestellt wird, daß der Stromfluß in der Fühlerzelle ausschließlich von der Oxidation des ankommenden Gasbestandteils abhängt, wie von Kohlenmonoxid. Es ist ferner festzustellen, daß das genaue Spannungspotential an den Erfassungs- sowie Referenzelektroden und der Spannungsbereich für zu erfassende unterschiedliche Gasbestandteile unterschiedlich ist, in Abhängigkeit von dem Redox-Paar für verschiedene zu erfassende Gasbestandteile und in Abhängigkeit davon, ob das Redox-Paar für den jeweiligen Gasbestandteil zu oxidieren bzw. zu reduzieren ist, und ferner von dem Überspannungsbereich für die jeweilige katalytische Elektrode.

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Eine potentiostatische bzw. Spannungsstabilisierende (potentiostatic) Schaltung ist an die Referenz-, Erfassungs- und Gegenelektroden der Zelle angekoppelt, um das Potential der Erfassungselektrode auf dem festen erwünschten Pegel von 1,1 V in bezug auf eine Platin/Wasserstoff Referenzelektrode zu halten- Es erfolgt keine Störung durch Luft oder Sauerstoff. Gleichzeitig ist das Potential ausreichend anodisch in bezug auf das Kohlenmonoxid/Kohlendioxid Paar, um eine schnelle und sofortige Oxidation von Kohlenmonoxid zu CO „ zu erzeugen.

Da der Potentialpegel an der Erfassungselektrode eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der Größe des AusgangsStroms von der Vorrichtung spielt, ist es höchst erwünscht, daß ein ionisch gut leitender Pfad zwischen den Erfassungs- und Referenzelektroden aufrechterhalten bleibt. Das heißt, obwohl im Idealfall kein Strom zwischen den Erfassungs- und Referenzelektroden fließt, fließen tatsächlich bei einem potentiostatischen Betrieb der Zelle kleine Ströme zwischen diesen zwei Elektroden, und hierdurch kann sich das Potential an der Erfassungselektrode ändern. Dies könnte zu einem. Fehler führen, da sich die Oxidationsgeschwindigkeit an der Elektrode mit Änderungen im Potential ändert. Jegliche Änderung bezüglich der Differenzspannung zwischen den zwei Elektroden beeinflußt ebenfalls die Genauigkeit der gesamten Anzeige, da der Hintergrund- bzw. Grundstrom insbesondere bei Null-Luftstrom beeinflußt wird und da jegliche Vergrößerung des Grundstroms die Genauigkeit der Vorrichtung beeinflußt. Die vorgenannte Patentanmeldung erläutert einen Mechanismus zum Reduzieren eines jeglichen derartigen Spannungsabfalls, indem eine ionisch leitende, hydratisierte Festpolymerelektrolyt-Brücke über der Membran zwischen den Referenz- und Erfassungselektroden vorgesehen wird. Die Ionenbrücke sorgt für ein Aufrechterhalten eines widerstandsarmen Pfades zwischen den Erfassungs- und Referenzelektroden. Obwohl die Membran vor der Montage hydratisiert worden ist, kann sie dazu neigen, insbesondere an ihrer Oberfläche etwas auszutrocknen, wodurch der Widerstand der Membran vergrößert und die Möglichkeit erhöht werden, daß sich die Elektrodenpotentiale aufgrund des Spannungsabfalls zwischen den Erfassungs- und Referenzelektroden verschieben können. Durch Ausschalten dieser Möglichkeit und durch

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Verwenden einer ionisch leitenden Festpolymerelektrolyt-Brücke wird der Ausgangsstrom von der Vorrichtung beträchtlich begünstigt bzw. verbessert.

Zusätzlich zur Verbesserung bezüglich des Ausgangssignals der Vorrichtung sind die Temperatureigenschaften der Zelle dergestalt, daß der Grundstrom, bei einem Null-Luft Betrieb über einen weiten Temperaturbereich auf im wesentlichen einen Wert in der Größenordnung von 1 oder 2 Mikroampere reduziert ist. Und zwar erfolgt dieses durch Konstanthalten der Spannungsdifferenz zwischen den zwei Elektroden und durch ein Positionieren und Gestalten der Referenz- sowie Erfassungselektroden in einer solchen Weise, daß die thermischen, chemischen und elektrischen Eigenschaften der zwei Elektroden so ähnlich wie möglich sind. Für eine Oxidation von Kohlenmonoxid sind die Elektroden in ihrer chemischen Zusammensetzung ähnlich, vorzugsweise Platinschwarzlegierungen (platinum black alloys) wie Platin-5 % Iridium Oxid. Die Elektroden sind vorzugsweise an derselben Seite der Festpolymerelektrolyt-Membran der Zelle und an dieser in derselben Weise angebracht, das heißt durch Einbetten in die Oberfläche der Membran und durch ein Herstellen einer Bindung hiermit. Die Elektroden sind so nahe wie möglich aneinander angeordnet, um an beiden Elektroden dieselben Temperaturbedingungen zu erhalten, während aber gleichzeitig die Referenzelektrode abseits von den Stromflußlinien zwischen den Erfassungs- und Gegenelektroden angeordnet ist.

Figur 1 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Gas-Meßfühlerzelle. Es ist ein Reservoir bzw. Behälter 1 vorgesehen, das bzw. der mit destilliertem Wasser 2 gefüllt ist, welches sich in Kontakt mit der oberseitigen Oberfläche einer Abdichtungsscheibe 3 befindet. Die Scheibe 3 enthält ein Paar von Hydrationsmündungen 13 und 6, die an der Unterseite mittels eines Wasserkanals 7 verbunden sind. Der Kanal 7 ist über einer ionisch leitfähigen, hydratisierten Festpolymerelektrolyt-Brücke 8 angeordnet, die im Inneren an der Oberseite einer hydratisierten Festpolymerelektrolyt-Kationenaustausch-Membran 9 ausgebildet ist. Die Hydrationsmündung 5 ist räumlich mit einem Ende der Brücke 8 ausgerichtet, während die Hydrationsmündung 6 räumlich mit einer Gegenelektrode 1o ausgerichtet ist, die in die

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öberseitige Oberfläche der Membran 9 eingebettet und hiermit verbunden ist. Somit erstreckt sich die Festpolymerelektrolyt-Brücke 8 zwischen der Gegenelektrode 1o und einer katalytischen Referenzelektrode 11, die in die unterseitige Oberfläche der Membran 9 eingebettet und hiermit verbunden ist. Die Hydrationsmündung 6 hat eine etwas größere Fläche als die Gegenelektrode 1o, so daß die Oberfläche der Gegenelektrode und des Membranbereichs um die Elektrode überflutet wird. Dementsprechend erfolgt ein schnelles Diffundieren von Wasser in der Dampfphase durch die Membran zu der anderen Seite in den Bereich einer Erfassungselektrode 13, die in die unterseitige Oberfläche der Membran 9 eingebettet sowie hiermit verbunden und räumlich mit der Gegenelektrode 1o ausgerichtet ist. Ein die zu erfassenden Bestandteile enthaltender Gasstrom wird über eine runde Erfassungsmündung oder -kammer 14 in der oberseitigen Oberfläche einer Bodenplatte 15 mit der Erfassungselektrode 13 in Kontakt gebracht, wobei die Erfassungskammer über geeignete nicht dargestellte Kanäle mit nicht dargestellten Strömungsmündungen verbunden ist, die sich durch die Bodenplatte 15 erstrecken. Die Referenzelektrode 11 befindet sich in direkter Strömungsverbindung mit einer Öffnung 16, die von einem Silikon-Schutzfilm 17 abgedeckt ist, so daß nur Sauerstoff oder Luft zu der Referenzelektrode hindurchgelangen können, während der Gasbestandteil, wie CO, abgeblockt wird. Alle Referenz-, Gegen- und Erfassungselektroden haben geeignete leitende Streifen bzw. Anschlüsse 18, 19 und 2o, die an den einzelnen Elektroden befestigt sind. Die Streifen sind mit einer noch zu beschreibenden potentiostatischen Schaltung verbunden, um das Potential an der Erfassungselektrode konstant zu halten und um eine feste Differenzspannung zwischen den Referenz- sowie Erfassungselektroden aufrechtzuerhalten, damit ein zeitlich und bei Temperaturänderungen gleichbleibender sowie genauer Betrieb möglich ist. Ein auf beiden Seiten mit Klebstoff beschichtetes Band 21 ist zwischen der Abdichtungsscheibe 3 und der Membran 9 angeordnet. Das Band befindet sich zwischen der Scheibe sowie der Membran an einer von den Elektroden und der leitenden hydratisierten Festpolymerelektrolyt-Brücke abliegenden Stelle, um die Scheibe 3 und die Membran 9 fest miteinander zu verbinden. Ein ähnliches nicht dargestelltes Band, das

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ebenfalls beidseitig mit Klebstoff versehen ist, ist zwischen der unterseitigen Oberfläche der Membran 9 und der Oberseite der Bodenplatte 15 a. .jeordnet. Das Band befindet sich zwischen den Elektroden 11 und 13, um die Membran an der Bodenplatte festzulegen und einen Gasstrom zwischen den Referenz- sowie Erfassungselektroden abzublocken- Die Wasserreservoirkammer 1 ist an der Scheibe 3 befestigt, und zwar mittels eines geeigneten Klebstoffs oder Klebbandes zwischen dem Randabschnitt des Behältergehäuses und den Rändern der Scheibe 3, wodurch das Gehäuse an der Scheibe festgelegt und bezüglich einer Leckerscheinung abgedichtet wird.

Figur 2 zeigt als teilweise gebrochene perspektivische Ansicht der Membran 9 die Gegenelektrode 1o, die ionisch leitende hydratisierte Brücke 8 wie auch die Referenzelektrode 11 an der unterseitigen Oberfläche der Membran 9. Es ist ersichtlich,, daß die Gegenelektrode Io in die oberseitige Oberfläche der Membran eingebettet sowie hiermit verbunden ist und einen leitenden Streifen oaer Ansatz aufweist, der sich von der Gegenelektrode über den Rand der Membran hinaus erstreckt. Die in dem CO Meßfühler benutzten katalytischen Elektroden, die an späterer Stelle noch detailliert beschrieben werden, bestehen jeweils aus einer gebundenen Masse von Partikeln einer Platin-5 % Iridium Legierung und von hydrophoben Partikeln, wie Polytetrafluorathylen. Die gebundene Masse aus Katalysator und hydrophoben Partikeln wird auf und in einem metallischen, stromleitenden Sieb- bzw. Netzglied gehalten, an dem der stromleitende Streifen oder Anschluß befestigt ist. Dieser gesamte Aufbau wird in einer gebundenen Form in die Oberfläche der Membran eingebettet. Die Membran enthält eine aufgequollene (swollen), hydratisierte, ionisch leitfähige Festpolymerelektrolyt-Brücke 8, die mit der Membran zusammenhängend ausgebildet ist und sich längs dieser sowie durch diese erstreckt. Die Brücke 8 verläuft längs eines ausgewählten Bereichs der Membran von der Gegenelektrode 1 ο quer zur Oberfläche der Membran zu einem an der oberseitigen Membranoberfläche liegenden Punkt , der räumlich mit der Referenzelektrode 11 ausgerichtet ist, welche an der unterseitigen Oberfläche der Membran 9 in diese eingebettet und hiermit verbunden ist. Somit ergibt sich ein ionisch gut leitender Pfad von der Erfassungselektrode 13 (die in Figur 2 nicht

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dargestellt und räumlich mit der Gegenelektrode 1o ausgerichtet ist) durch die Membran zu der Gegenelektrode, dann längs der hydratisierten, ionisch leitenden Brücke 8 und zurück durch die Membran zu der Referenzelektrode 11. Damit ergibt sich ein widerstandsarmer Pfad zwischen den Referenz- und Erfassungselektroden, wodurch ein Spannungsverlust bzw. -abfall zwischen diesen Elektroden weitgehend eliminiert oder verringert wird. Durch Ausschalten "oder weitgehendes Vermindern des Spannungsabfalls mit Hilfe der Verwendung der hydratisierten Brücke werden Potentialänderungen an der Erfassungselektrode wie auch Änderungen der festen Spannungsdifferenz, die zwischen den Erfassungs- und Referenzelektroden aufrechtzuerhalten ist, eliminiert oder verringert. Hierdurch werden zu unerwünschten Fehlern führende Änderungen bzw. Schwankungen vermindert, so daß sich ein Instrument ergibt, das zeitlich höchst unveränderlich bzw. konstant arbeitet, das ferner selbst für kleine Konzentrationen des zu erfassenden Gases ein großes Ausgangssignal erzeugt und das keinen Grundstrom-Fehlern bei einem Null-Luft Betrieb aufgrund von Temperaturänderungen unterworfen ist.

Zusammenfassend werden die temperaturstabilen Vorrichtungseigenschaften, mittels derer der Hintergrund- bzw. Grundstrom bei einem Null-Luft Betrieb über einen weiten Bereich von Temperaturen auf ein Minimum reduziert wird, in einer Festpolymerelektrolyt-Zelle durch Verwenden einer hydratisierten, ionisch leitenden Brücke in einem ausgewählten Bereich der Membran zwischen den Erfassungs- und Referenzelektroden erreicht. Zusätzlich ist die Zelle so aufgebaut, daß sich die Erfassungs- und Referenzelektroden vorzugsweise an derselben Membranseite befinden, wodurch der Abstand zwischen den Elektroden und jeglicher dazwischen auftretender Spannungsabfall verringert werden.

Die Referenzelektrode ist so nahe wie möglich an der Erfassungselektrode angeordnet, so daß die Umgebungstemperatur für beide Elektroden gleich ist.

Obwohl sich die Referenzelektrode in unmittelbarer Nähe der Erfassungselektrode befindet, muß sie von dieser ausreichend weit entfernt sein, damit sie nicht von den Stromflußlinien zwischen den Erfassungs- und Gegenelektroden beeinflußt wird, wenn die potentiostatische Schaltung Strom von der Gegenelektrode zur

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Erfassungselektrode treibt, um das Elektrodenpotential und die Spannungsdifferenz konstant zu halten.

Die chemischen und elektrochemischen Charakteristiken der Referenz- und Erfassungselektroden sollten so ähnlich wie möglich gemacht werden, indem der Katalysator sowie der Katalysatoraufbau übereinstimmend ausgebildet und die Elektroden in derselben Weise an der Membran befestigt werden. x, „.

Festpolymerelektrolyt-Ionenaustausch-Membran Die Festpolymerelektrolyt-Ionenaustausch-Membran 9, die die Fühlerelektrode von der Gegenelektrode trennt, zeichnet sich durch eine Ionentransportselektivität aus. Wenn es sich um eine Kationenaustauschmembran handelt, ermöglicht sie ein Hindurchleiten von positiv geladenen Ionen, das heißt Kationen, während negativ geladene Ionen, das heißt Anionen, zurückgewiesen und bezüglich eines Hindurchleitens abgeblockt werden. Somit werden die an der Erfassungselektrode durch die Oxidation von Kohlenmonoxid erzeugten Wasserstoffionen durch die Ionenaustauschmembran (zusammen mit einigen anhängenden Wassermolekülen) zu der Gegenelektrode transportiert, wo sie durch das Hinzusetzen von Elektronen reduziert werden, um molekularen Wasserstoff oder Wasser zu erzeugen. Wie es in der oben erwähnten Patentanmeldung ausgeführt ist, ist unter den vielen Klassen bzw. Arten von Ionenaustauschharzen und -membranen eine Perfluorkohlenstoff-SuIfonsäure-Membran bevorzugt, und zwar wegen der hervorragenden Ionenaustauschkapazität bzw. -leistungsFähigkeit einer solchen Membran, wegen ihrer großen Stabilität, ferner wegen ihrer Beständigkeit gegenüber Säuren sowie starken Oxidationsmitteln und wegen ihrer hervorragenden thermischen Stabilität. Zu diesen sehr erwünschten chemischen und physikalischen Eigenschaften kommt hinzu, daß die Perfluorkohlenstof f-Sulfonsäure-Membran im wesentlichen zeitlich unveränderlich ist und somit keiner Verschlechterung oder Änderung unterliegt. Eine bevorzugte Ausführungsform einer Kationenmembran ist eine solche, bei der das Polymer ein hydratisiertes Kopolymer von PoIytetrafluoräthylen (PTFE) und Polysulfonyl^Vinyl-Äther mit einem Gehalt an hängenden bzw. schwebenden (pendant) Sulfon (SO., H ) Säuregruppen ist. Die Sulfogruppen sind chemisch mit dem Perfluor-

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kohlenstoff-Gerüst (backbone) gebunden, so daß die Konzentration des Elektrolyten konstant bleibt. Nach dem Ausgleichen (equilibrating) der Membran durch Hydratisieren derselben mittels einer 30-minütigen Tränkung in Wasser von 1oo C ist die Struktur des sulfonierten Perfluorkohlenstoffs wie folgt:
[(CF₂CF₂ X (CF₂CF ] η

Die Ionenleitfähigkeit dieses bestimmten Festpolymerelektrolyten, welcher von der duPont Company unter der Handelsbezeichnung 'Nafion' vertrieben wird, wird durch die Beweglichkeit der hydratisierten Wasserstoffionen (H . XH₂O) gebildet.

Die Elektroden 1o, 11 und 13 in Form eines Abziehelements aus katalytischem Material, angebracht an einem stromleitenden bzw. -sammelnden Sieb- oder Netzglied, werden in die Oberfläche der Polymer-Kationenaustausch-Membran eingebettet und hieran gebunden. Ein diesbezügliches Verfahren ist detailliert im US-Patent 3 134 697 beschrieben. Kurz gesagt wird das Elektrodengebilde in die Oberfläche einer Perfluorkohlenstoff-Ionenaustausch-Membran eingedrückt, wodurch ein Einbetten der gasabsorbierenden hydrophoben Partikel-Katalysator-Mischung in die Oberfläche der Festpolymerelektrolyt-Ionenaustausch-Membran und eine hiermit zusammenhängende Bindung durchgeführt werden. Danach wird die Membran weiterbehandelt, um die über einem ausgewählten Membranbereich angeordnete, ionisch leitende, hydratisierte Festpolymerelektrolyt-Brücke zu bilden. Zu diesem Zweck wird die Membran gequollen, und zwar durch weiteres Hydratisieren durch ein an Ort und Stelle bzw. örtlich erfolgendes Zufügen von siedendem Wasser (vorzugsweise dreimal unter 1o-minütigem Abstand). Das heißt, es wird siedendes Wasser in die Hydrationsmündungen gegossen, wobei das Wasser durch den Wasserkanal 7 gelangen kann, welcher sich in dem zu quellenden Membranbereich erstreckt, um die ionisch leitende, hydratisierte Festpolymerelektrolyt-Brücke zu bilden. Somit ist der unterhalb des Hydrationskanals befindliche Bereich, der sich allgemein zwischen der Gegenelektrode und der räumlichen Projektion der Referenzelektrode erstreckt, an die untere Oberfläche der Membran unter dem Wasserkanal gebunden, und zwar längs der Oberfläche sowie

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durch den Körper, um eine Brücke und einen ionisch leitenden Pfad zwischen den Referenz- sowie Erfassungselektroden zu erzeugen. Wie es oben erwähnt wurde, kann der Vorgang einmal oder mehrere Male wiederholt werden, wobei die bevorzugte Zahl drei ist und diese Vorgänge unter 1o-minütigem Abstand durchgeführt werden.

Wie es ebenfalls in der zuvor genannten Patentanmeldung ausgeführt ist, weist der Sensor bzw. Fühler eine Selbstbefeuchtung auf, da Teile einer Seite der Membran mit destilliertem Wasser überflutet sind. Dieses Wasser wird in der Dampfphase durch die Membran zu der Erfassungselektrode transportiert. Um einen maximalen Wasserdampftransport durch die Membran zu erzielen, sollte diese den größt-<nöglichen Wassergehalt haben, das heißt die größt^Kiögliche Ionenaustauschkapazität (IEC, ion-exchange capacity). Die Ionenaustauschkapazität und somit der Wassergehalt der Membran werden dadurch gesteuert, daß das Meqli /Gramm

■—-——— der trockenen Membran so groß wie möglich gemacht

wird. Für eine sulfonierte Perfluorkohlenstoff-Membran der oben genannten Art wird ein hervorragender Wasserdampftransport erreicht, wenn bei der Membran Meq/Gramm der trockenen Membran in dem Bereich von 0,83 bis 0,95 liegt.

Katalytisch^ Elektroden

Die oben kurz erwähnten Zellenelektroden sind gasdurchlässige, katalytische Edelmetallegierung- oder Graphit-Elektroden, die Katalysatorpartikel aufweisen, welche mit Partikeln aus einem hydrophoben Polymer, wie Polytetrafluoräthylen, gebunden sind. Die katalytischen Elektroden für eine CO Oxidation sind vorzugsweise eine gebundene Mischung aus reduzierten Oxiden einer Platin-5 % Iridium Legierung und aus hydrophoben Polytetrafluoräthylen-Partikeln. In diesem Zusammenhang und bezüglich einer detaillierten Beschreibung des Herstellungsverfahrens für reduzierte Oxide von Platin-Iridium wird auf das US-Patent 3 992 271 verwiesen. Kurz gesagt wird der Platin-5 % Iridium Katalysator, der aus reduzierten Oxiden der Platin-Iridium Legierung besteht, durch thermisches Zersetzen von gemischten Metallsalzen der Elemente der Legierung hergestellt. Das tatsächliche Zubereitungsverfahren, welches eine Abwandlung des Platinzubereitungsverfahrens von Adams ist, ist mit einem Hinzufügen eines thermisch zersetzbaren Iridium-

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halegonids, wie Iridiumchlorids,· zu Platinchlorid verbunden. In einem Ausführungsbeispiel werden fein zerteilte Halegonidsalze von Platin und Iridium in demselben Gewichtsverhältnis von Platin und Iridium gemischt, wie es in der endgültigen Legierung erwünscht ist. Ein Überschuß an Natrium wird als NaNO- eingebaut, und die Mischung wird während drei Stunden in einer Silika- bzw. Quarzschale bei 5oo C geschmolzen. Der Rest oder Rückstand wird gründlich gewaschen, um jegliche vorhandene Nitrate und Halegonide zu entfernen. Die sich ergebende Suspension von gemischtem Oxid wird durch Verwenden einer elektrochemischen Reduktionstechnik bei Raumtemperatur reduziert. Das Produkt wird gründlich getrocknet und dann gemahlen sowie durch ein Maschensieb gesiebt. Die so erzeugten reduzierten Oxide von Platin-5 % Iridium werden dann mit hydrophoben Polytetrafluoräthylen-Partikeln gebunden.

Das Wesen und die Eigenschaften einer Elektrode, welche eine Mischung aus Partikeln eines gasabsorbierenden Edelmetalls gebunden mit Partikeln aus hydrophobem Material aufweist, wie auch das Verfahren zur diesbezüglichen Durchführung sind detailliert im US-Patent 3 432 355 mit dem Titel 'Polytetrafluoroethylene Coated and Bonded Cell Structure' und in dem US-Patent 3 297 484 mit dem Titel 'Electrode Structure and Fuel Cell Incorporating the Same' beschrieben.

Der gebundene Elektrodenaufbau, der entsprechend dem in dem US-Patent 3 432.355 beschriebenen Verfahren hergestellt worden ist, wird mittels des im US-Patent 3 134 697 beschriebenen Verfahrens in die Oberfläche der Membran eingebettet und hieran gebunden.

Figur 3 zeigt in schematischer Weise, wie die Elektroden eines Festpolymerelektrolyt-Gasmeßfühlers an eine potentiostatische Schaltung angekoppelt werden, welche das Potential an der Erfassungselektrode auf dem erwünschten Pegel konstant hält und die passende Potentialdifferenz zwischen den Erfassungs- sowie Referenzelektroden aufrechterhält. Figur 3 zeigt auch eine an den Ausgang der Zelle angekoppelte Temperaturkompensationsschaltung, die das Ausgangssignal der Zelle entsprechend verarbeitet, um Änderungen in dem Ausgangsstrom über den Betriebs- oder Spann e η bereich als Ergebnis von Temperaturänderungen zu kompensieren. Es ist keine Temperaturkompensation der Zelle für den Grundstrom während

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eines Null-Luft Betriebes erforderlich, wenn keiner der Gasbestandteile erfaßt wird.

Potentiostatische bzw. Spannungsstabilisierende oder -haltende Vorrichtungen sind in der Technik bekannt, und aus Vereinfachungsgründen erfolgt in Verbindung mit Figur 3 nur eine begrenzte Beschreibung einer solchen Vorrichtung. Der allgemein bei 3o dargestellte Festpolymerelektrolyt-Sensor enthält eine Festpolymerelektrolyt-Ionenaustauschmembran mit einer Erfassungselektrode 31 sowie einer Referenzelektrode 32 an einer Seite der Membran und einer Gegenelektrode 33 an der anderen Seite. Die Referenzelektrode 32 ist an den invertierenden Eingangsanschluß eines Operationsverstärkers 35 angekoppelt und wird bezüglich eines daran anstehenden Signals mit einer Referenzspannung von einer Gleichstrom-Versorgungsquelle 36 verglichen, wobei diese Referenzspannung dem nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 35 zugeleitet wird. Die Versorgungsquelle 36 enthält eine Batterie oder ähnliche Leistungsquelle 37, deren positiver Anschluß geerdet ist, wie es auch für die Erfassungselektrode 31 zutrifft. Ein Potentiometerwiderstand 3 7 ist über die Batterie 36 geschaltet und hat einen Schleifer, der mit dem nichtinvertierenden Verstärkeranschluß verbunden ist. Die Position des Schleifers wird auf die Spannung eingestellt, auf der die Erfassungs- bzw. Meßelektrode in bezug auf die Referenzelektrode zu halten ist. So liegt im Fall des Kohlenmonoxid-Meßfühlers die Referenzelektrode Pt/Luft (O₂) 32 auf etwa +1,o5 V. Mit einer Spannungsdifferenz von +5o mV zwischen den Erfassungs- und Referenzelektroden wird die letztere auf +1,1 Volt in bezug auf eine Platin/H₂ Referenzelektrode gehalten.

Die in Figur 3 dargestellte potentiostatische Schaltung erfaßt die Spannung zwischen den Referenz- sowie Erfassungselektroden und vergleicht diese mit dem am Potentiometerschleifer voreingestellten Wert. Veränderungen an der Erfassungselektrode infolge der Oxidation des Kohlenmonoxids oder irgendeines anderen Gases führen zu einer Veränderung bezüglich des relativen Potentials zwischen den Erfassungs- und Referenzelektroden. Dies wiederum führt zu einer Verschiebung der Erfassungselektrode in bezug auf die feste Referenzspannung an dem Potentiometerschleifer, und der Ausgangsstrom vom Operationsverstärker 35 treibt einen Strom zwischen

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der Gegenelektrode 33 und der Erfassungselektrode 31, um das Potential an der Erfassungselektrode auf den erwünschten konstanten Pegel zurückzubringen, und sorgt für eine Wiederherstellung der Differenzspannung zwischen den Elektroden auf den erwünschten Wert von 5o Millivolt. Der Strom, der erforderlich ist, um das System wieder in das Null-Gleichgewicht zu bringen, ist ein Maß für die Konzentration des zu erfassenden Gases.

Statt einer direkten Messung des Stroms am Ausgang der Zelle kann es in vielen Fällen erwünscht sein, eine Temperaturkompensation des Zellenausgangsstroms über den normalen Betriebsbereich der Zelle vorzusehen, das heißt des Betriebs- oder 'Meßspannen¹ Stroms, der sich mit der Temperatur ändert. Somit wird der Ausgangsstrom, der durch die Gegenelektrode zur Erfassungselektrode getrieben wird, in eine zum Stromfluß proportionale Spannung umgesetzt und dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 39 zugeführt, bei dem ein temperaturempfindliches Glied, wie ein Thermistor 4o, in einen Rückführungspfad zwischen den Ausgang und den invertierenden Eingang eingeschaltet ist. Eine Referenzspannung von einer nicht dargestellten Referenzspannungsquelle wird dem nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 39 zugeführt. Die Charakteristik des Thermistors ist dergestalt, daß sich sein Widerstand mit der Temperatur über einen vorgegebenen Bereich ändert und daß die Neigung der Widerstandsveränderungen exakt entgegengesetzt zur Neigung des Ausgangs- oder 'Meßspannen' Stroms über den vorgegebenen Temperaturbereich verläuft. Somit wird eine negative Rückführungsspannung bzw. eine Gegenkopplungsspannung am Eingang des Operationsverstärkers vorgesehen, die den Verstärkungsgrad des Verstärkers so steuert, daß der auf Temperaturänderungen basierende ZeI-lenausgangsspannungsfehler aufgehoben wird. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 3 9 ist ein solches Signal, das in bezug auf temperaturbedingte Veränderungen über den MeßSpannenbereich kompensiert ist.

Wie es zuvor erörtert wurde, ist die Spannung an der Erfassungselektrode in bezug auf die Platin/Wasserstoff Referenzelektrode auf den Bereich ungefähr zwischen 1,o Volt und 1,3 Volt begrenzt, wobei der bevorzugte Spannungspegel bei 1,1 Volt liegt.

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Die obere Spannung ist auf ein Maximum von 1,3 Volt begrenzt, um eine Oxidation von Wasser zu vermeiden, da diese Wasserreaktion mit der Oxidationsreaktion von Kohlenmonoxid konkurriert und zu einem Stromfluß führt, der Fehler in dem Instrumentenausgangssignal erzeugt. Die Spannung sollte nicht unter etwa 1,o Volt fallen, um eine Oxidbeschichtung an der Oberfläche der katalytischen Erfassungselektrode aufrechtzuerhalten, damit eine CO Vergiftung der Elektrode und eine Reduktion von Sauerstoff an der Elektrode oder andere konkurrierende bzw. störende Reaktionen vermieden werden, die zu Stromfehlern führen. Das heißt bei 1,o Volt oder darüber hat die reduzierte Platin-5 % Iridium Oxidlegierung einen dünnen Oxidoberflächenfilm, der den Betrieb begünstigt und eine KohlenmonoxidVergiftung des Katalysators vermeidet. Unter 1,o Volt verschwindet das Oxid an der Oberfläche des Katalysators, und es besteht eine Gefahr einer Kohlenmonoxidvergiftung. Ferner besteht unter 1,o Volt die Möglichkeit, daß Sauerstoff an der Elektrode reduziert werden kann, so daß sich eine konkurrierende bzw. störende Reaktion ergibt, die zu einem Stromfluß führt, welcher nicht für die Kohlenmonoxidoxidation bezeichnend ist.

Die Festpolymerelektrolyt-Zelle benutzt eine leitende Brücke, die so aufgebaut ist, daß sie sich in unmittelbarer Nähe der Referenz- und Erfassungselektroden, jedoch außerhalb der Stromflußlinien zwischen den Erfassungs- und Gegenelektroden befindet. Dies führt zu verbesserten Temperatureigenschaften der Zelle. Um die Betriebsweise einer solchen Festpolymerelektrolyt-Zelle aufzuzeigen, wurde eine Anzahl von Zellen unter Anwendung von flüssigen Elektrolyten hergestellt und überprüft, um den Hintergrund- bzw. Grundstrom für eine solche potentiostatisch betriebene Flüssigelektrolyt-Zelle über einen gegebenen Temperaturbereich zu bestimmen. Danach wurden Zellen gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt und der Hintergrund- bzw. Grundstrom über denselben Temperaturbereich gemessen, um die Temperaturansprechcharakteristiken einer Zelle nach der vorliegenden Erfindung und einer Zelle mit einem flüssigen Elektrolyten zu vergleichen.

Zunächst wurde eine Zelle aufgebaut, bei der eine Erfassungselektrode an einer Seite eines Glasfasergefüges angebracht war, das mit einer 25 % Schwefelsäurelösung (25 % 112SO₄) gesättigt

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war. Eine Referenzelektrode wurde zwischen der Matrix bzw. dem Gefüge zwischen der Erfassungselektrode und einer an der entgegengesetzten Seite der Matrix angeordneten Gegenelektrode angeordnet.
Die Erfassungs-, Referenz- und Gegenelektroden waren sämtlich ka~
talytische Platin-5 % Iridium Platin Elektroden. Die Zelle wurde
potentiostatisch betrieben, um die Erfassungselektrode auf 1,1 V
zu halten. Die Erfassungselektrode wurde einem Luftstrom von 3o cm pro Minute ausgesetzt. Die Umgebungstemperatur, der die Zelle ausgesetzt wurde, wurde von 1o bis 4o C geändert. Der Hintergrundbzw. Grundstrom veränderte sich grob von 1 Mikroampere bei 1o C
auf etwa 17 Mikroampere in der Nähe von 4o C. Somit ergab sich
eine Grundstromveränderung von 15 Ampere bei Null-Luft Strömungsbedingung, das heißt bei Abwesenheit jeglicher zu erfassender Gasbestandteile. Danach wurde eine Zelle mit einem ähnlichen Aufbau,
jedoch unter Verwendung eines 37 % PhosphorSäureelektrolyten
(H^PO₄) hergestellt; bei Verwendung derselben Elektrodenart, derselben Luftzufuhr usw. ergab sich wiederum eine Grundstromänderung grob von 1/2 Mikroampere bis herauf zu 16 Mikroampere über einen
Bereich von ungefähr 1o C bis etwas über 45 C.

Danach wurden Zellen nach der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines sulfonierten Perfluorkohlenstoffs der von der duPont unter ihrer Handelsbezeichnung Nafion vertriebenen Art hergestellt. Es wurden katalytische Pt-5 % Iridium Elektroden als Erfassungs--, Gegen- und Referenzelektroden benutzt. Die Referenzelektrode lag außerhalb des Stromflußpfades zwischen den Erfassungs- und Gegenelektroden, jedoch so nahe wie möglich an der Erfassungselektrode. Beide Referenz- und Erfassungselektroden wurden in die Oberfläche der Membran durch das zuvor beschriebene Verfahren eingebettet und hieran gebunden. Die Membran wurde an ihrer
Gegenelektrodenseite mit siedendem Wasser behandelt, um durch Aufquellen der Membran eine ionisch leitende Brücke zu erzeugen, die
sich allgemein von der Gegenelektrode zu der räumlich mit der Referenzelektrode ausgerichteten Stelle erstreckt. Die Zellen wurden unter Verwendung eines Wenking 61S Potentiostaten überprüft, wobei eine Spannungsdifferenz von 5o mV zwischen den Referenz- sowie Erfassungselektroden aufrechterhalten und die Erfassungselektrode
auf 1,1 Volt gehalten wurde. Die Zellen wurden bei 3° C, 25° C und

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4ο° C ein erstes Mal an Umgebungsluft, ein zweites Mal bei 18 ppm Kohlenmonoxid sowie Luft und ein drittes Mal bei 53 ppm Kohlenmonoxid sowie Luft betrieben. Eine Zusammenfassung der Testergebnisse ist in der nachfolgenden Tabelle dargestellt:

Zufuhrkonzentration	Ausgangssxgnal tyuA)	T = 3° C	T	= 25° C	T = 4o° C
ppm CO in Luft	1-2		1	2,5
ο ppm	12		19	27
18 ppm	37		53	72
53 ppm

Aus diesen Daten ist es ersichtlich, daß der Temperatureinfluß auf den Grundstrom bei Null-Luft Strömungsbedingungen beträchtlich kleiner als für Flüssigelektrolytzellen ist, für die die Daten zuvor angegeben wurden. Das heißt, daß der Hintergrund- bzw. Grundstrom über einen Temperaturbereich von 37° C zwischen 1 und 2,5 Mikroampere verbleibt, während er sich bei Flüssigelektrolytzellen von 1/2 bis ungefähr 17 Mikroampere ändert. Bei einem Grundstrom im Bereich von 1 bis 2 Mikroampere ist es nicht erforderlich, eine Null-Kompensation für die Zelle vorzusehen, das heißt eine Temperaturkompensation bei Null-Luft ohne zu erfassenden Gasbestandteil.

Es wurde eine Zelle mit einer hydratisierten, gequollenen, ionisch leitenden Brücke unter Verwendung von Pt-5 % Ir Referenz- sowie Gegenelektroden und einer Teflon-gebundenen Graphit-Erfassungselektrode hergestellt. Die an der Erfassungselektrode angelegte Spannung betrug o,7 Volt. Es erfolgte eine Luftzufuhr mit 2o,6 ppm NO₉ und mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 4o cm /Min. Das Instrument wurde bei verschiedenen Temperaturen getestet, um den Hintergrund- bzw. Grundstrom bei Null-Luft Betrieb und bei vorhandenem NO₂ zu bestimmen. Es ergaben sich die folgenden Resultate:

Signal (uA) Signal (uA)

nur mit Luftstrom mit 2o,6 ppm T (° C) (Null-Luft) NO₂

8° C 0 -31

26° C 0 -39

37° C -1 -46

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XA

Es ist wiederum ersichtlich, daß hervorragende Grundstromcharakteristiken bei Nullstrombedingungen erzielt werden, wobei der Grundstrom auf ο - 1 Mikroampere über einen Temperaturbereich von 3o C begrenzt ist. Der 'Meßspannenstrom¹ (span current) zeigt Temperaturänderungen, die eine Temperaturkompensation erforderlich machen. Es ist somit klar ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung einen verbesserten kompakten Gasmeßfühler beinhaltet. Bei diesem werden Festpolymerelektrolyten mit einer integrierten bzw. zusammenhängenden, ionisch leitenden Brücke zwischen einer Referenzelektrode und einer Erfassungselektrode benutzt. Dieser Meßfühler
oder Sensor hat hervorragende Temperatureigenschaften bei der Null-Luft Betriebsart, das heißt wenn keine zu erfassenden Gasmoleküle
an der Erfassungselektrode vorhanden sind. Dies ermöglicht einen
Betrieb der Zelle ohne jegliche Temperaturkompensationsmittel· für
einen Null-Luft Betrieb.

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Claims

Ansprüche

Elektrochemische Gas-Meßfühlervorrichtung mit einem Festpolymerelektrolyten und einem minimalen Grundstrom über einen weiten Temperaturbereich bei Abwesenheit des zu erfassenden ausgewählten Gasbestandteils, gekennzeichnet durch eine Festpolymerelektrolyt-Ionenaustausch-Membran (9), durch an entgegengesetzten Seiten der Membran (9) angeordnete katalytische Erfassungs- und Gegenelektroden (13, 1o) , durch eine an derselben Membranseite wie die Erfassungselektrode (13) angeordnete Referenzelektrode (11), durch die Erfassungs-, Referenz- und Gegenelektroden (13, 11, 1o) ankoppelnde potentiostatische Schaltungsmittel zum Konstanthalten des Potentials an der Erfassungselektrode (13) und zum Aufrechterhalten einer festen Potentialdifferenz zwischen den Erfassungs- sowie Referenzelektroden (13, 11) durch Treiben eines Stroms zwischen den Gegensowie Erfassungselektroden (lo, 13), wobei die Erfassungselektrode (13) auf einem Potential gehalten wird, welches die Vorrichtung unempfindlich gegenüber dem Trägergas macht, in dem sich der zu erfassende Bestandteil befindet, wobei die Referenzelektrode (11) in enger Nähe zu der Erfassungselektrode (13), jedoch außerhalb der Stromflußlinien zwischen den Gegensowie Erfassungselektroden (1o, 13) angeordnet ist und wobei alle Elektroden (1o, 11, 13) bezüglich ihrer chemischen Zusammensetzung übereinstimmend sind, ferner durch einen gequollenen, ionisch leitenden Festpolymerelektrolyt-Brückenabschnitt (8), der mit der Membran (9) zusammenhängend ausgebildet ist und sich zwischen den Referenz- sowie Erfassungselektroden (11, 13) erstreckt, um sicherzustellen, daß an diesen Elektro-

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den (11, 13) die richtigen Potentiale aufrechterhalten werden, ferner durch Mittel (14), die dazu dienen, die Erfassungselektrode (13) einem den zu erfassenden Gasbestandteil enthaltenden Gasstrom auszusetzen, und durch Mittel zum Messen des Stroms, der zwischen den Gegen- sowie Erfassungselektroden (1o, 13) fließt, um das Potential der Erfassungselektrode (13) konstant zu halten, wobei dieser Strom ein Maß für die Konzentration des ausgewählten Gasbestandteils ist und wobei der Strom von der Vorrichtung bei Abwesenheit des ausgewählten Bestandteils über einen weiten Temperaturbereich minimal ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1o, 11, 13) eine gebundene Masse aus gasadsorbierenden, katalytischer! Edelmetallpartikeln und hydrophoben Partikeln aufweisen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Elektroden (1o, 11, 13) in die Oberfläche der Membran (9) eingebettet und hieran gebunden sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranseite, auf der die Gegenelektrode (1o) angeordnet ist, mit Wasser (2) überflutet ist, um für einen Wasserdampftransport durch die Membran (9) zu der Erfassungselektrode (13) und damit für ein Befeuchten des Gasstroms zu sorgen.

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