[发明专利]在使用离子液体下的氨的电化学气体发生器及其用途

说明书

本发明涉及在使用作为电解质的包含硝酸根离子的离子液体下的氨的电化学气体发生器，以及该气体发生器用于生成气态氨，尤其是用于功能检验和/或标定气体传感器的用途。

技术领域

本发明涉及在使用作为电解质的包含硝酸根离子的离子液体下的氨的电化学气体发生器，以及该气体发生器用于生成气态氨，尤其是用于功能检验和/或标定气体传感器的用途。

背景技术

为了气体传感器的功能检验或标定，通常在某些规定的时间间隔内用待检定的测量气体或合适的替代气体加载这些气体传感器。对此可或者使用与合适的供气设备(Begasungseinrichtungen)例如减压器一起的压缩气体钢瓶(Druckgasbehältern)中的试验气体，或者可直接化学产生各试验气体。与相应的设备一起使用压力容器是复杂的并且需要相应的物流和手工操作。

用于产生氨气的合适的化学反应必须可小型化，可以不要求高的活化能，应尽可能本质安全地可成形(gestaltbar)，必须能够快速接通和断开，并且在此经较长的时间（即使由于非使用期间被中断）能够使用。在理想情况下电化学气体发生器满足这些要求。

已知的是，可制备基于铵盐水溶液的电化学氨-发生器。在此局部地在发生器电极处电解质溶液的pH-值通过来自环境空气的氧气的还原向碱性偏移，并且在以下反应中，氨通过铵离子的去质子化产生：

然而铵盐水溶液都具有显著的蒸气压，从而使电解质溶液相对快速干透是冒危险的。例如饱和NH₄Cl-水溶液的平衡含水量在20°C下为79% rh。

用于电化学产生氨的另一已知方法在于电解含硝酸根的水性盐溶液，其中硝酸根阴离子还原成氨：

在此还存在一个大的问题，即含硝酸根的水性盐溶液的蒸气压是高的，这进而造成溶剂的蒸发和/或盐的沉淀的后果。例如饱和LiNO₃-水溶液的平衡含水量在20°C下为60%rh。

离子液体为盐，其在低于100°C的温度下以液态聚集态存在。近年来这些化合物已成为大量研究工作的主题并且可能的化合物的估计数目非常高。使用例如铵-、胍-、咪唑鎓-、吗啉鎓-、磷鎓-或吡咯烷鎓-离子作为可能的阳离子。作为阴离子特别是醋酸根、酰胺和酰亚胺、硼酸根、氰酸根、卤离子、磷酸根和次磷酸根是关注的焦点。

存在对强大的、尽可能维护少的并且储存稳定的氨的电化学气体发生器的需要，其用于在典型的存在于地球上的气候条件下使用。

发明内容

本发明的目的因此为，提供一种产生氨用于气体传感器的功能监测的气体发生器，使电解质的长期稳定性和抗干燥性与小的技术制造成本相结合，并且在此不需要高的活化能，尽可能本质安全地可成形，能够快速接通和断开，并且在此经较长的时间（即使由于非使用期间被中断）保持能够使用。

根据本发明，该问题通过独立权利要求的主题解决。优选的实施方案是从属权利要求的主题或如下所述。

根据本发明的气体发生器包括具有至少一个工作电极和至少一个反电极以及包括基于硝酸盐的离子液体的至少一种电解质的电化学电池，其中优选地该硝酸盐具有低于25℃的熔点。特别合适的是烃取代的硝酸铵-化合物和/或烃取代的咪唑鎓硝酸盐-化合物，如尤其是硝酸乙基铵（EAN）、乙基咪唑鎓硝酸盐或甲基咪唑鎓硝酸盐。

通过同时使用例如EAN既作为溶剂也作为电解质盐，并作为在电化学气体发生器内的生成反应的反应物，可制造长时间稳定的、抗干燥的气体发生器，其具有用于产生氨的含硝酸根的电解质体系。

本发明的含有离子液体的NH₃-气体发生器可以如应用于气体传感器的功能检验和标定。