DE102005020719B3

DE102005020719B3 - Offner elektrochemischer Sensor

Info

Publication number: DE102005020719B3
Application number: DE102005020719A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. Hengstenberg; Peter Dr. Tschuncky
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 2005-05-04
Filing date: 2005-05-04
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2025-05-05
Also published as: GB2426343B; GB0608618D0; GB2426343A; US20060249382A1; US7758735B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrochemischen Sensor mit mindestens einer ionischen Flüssigkeit (4) als Elektrolyt, der mindestens eine Elektrode (1) enthält, deren aktive Oberfläche wesentlich größer ist als die von dieser Elektrode (1) abgedeckte geometrische Fläche, wobei sich der Elektrolyt in direktem Kontakt zur Umgebungsatmosphäre und zu den Sensorelektroden (1, 2, 3) befindet.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrochemischen Sensor mit offenem Elektrolytreservoir.
Elektrochemische Sensoren werden auf vielfältige Weise zum Nachweis von chemischen Bestandteilen in fluiden Medien, beispielsweise in Gasen, eingesetzt.
Bedingt durch ihr Wirkungsprinzip enthalten elektrochemische Gassensoren mehrere Elektroden, die über einen Elektrolyt miteinander kommunizieren. Die gebräuchlichsten Anordnungen bestehen dabei aus einer Arbeits- und einer Gegenelektrode beziehungsweise aus einer Arbeits- und einer Gegenelektrode, der eine Referenzelektrode nebengeordnet ist. Die Arbeitselektrode wird gelegentlich auch als Meßelektrode, die Gegenelektrode gelegentlich als Hilfselektrode bezeichnet.
Elektrochemische Gassensoren bestehen in der Regel aus einer großen Anzahl von einzelnen Bauteilen, die stückweise in vielen Arbeitsschritten in zumeist spritzgegossenen Kunststoffgehäusen angeordnet werden. Enthalten sind unter anderem die vorgenannten Elektroden, die zumeist vollständig von Elektrolyt umschlossen sind. Durch die relativ großen zur Benetzung aller Elektroden benötigten Volumina und der hygroskopischen Eigenschaften der meisten Elektrolyte muss ein relativ großes Ausgleichsvolumen in herkömmlichen Konstruktionen vorgesehen werden, um einen möglichst weiten Umgebungsfeuchtebereich abzudecken und dadurch ein Platzen beziehungsweise Austrocknen des Sensors zu verhindern. Aus den Anforderungen an das Elektrolytvolumen sowie weiteren konstruktiven Randbedingungen folgen Mindestgrößen konventioneller Sensoraufbauten, welche eine Entscheidung für oder gegen ihre Verwendung beeinflussen können.
Die meisten elektrochemischen Sensoren sind so aufgebaut, dass der Sensorinnenraum gegenüber der Sensorumgebung möglichst vollständig abgeschlossen ist. Der für den Ablauf der angestrebten Nachweisreaktion erforderliche Zutritt von Gasen bzw. nachzuweisenden Substanzen erfolgt in der Regel durch gasdurchlässige Membranen. Diese gasdurchlässigen Membranen bestehen meist aus hydrophoben feinporigen Polymeren, die beispielsweise einen wässrigen Elektrolyten im Sensorinnenraum zurückhalten, eindiffundierenden Gasen jedoch einen geringeren Widerstand entgegensetzen. Alternativ erfolgt die Diffusion nachzuweisender Substanzen auch durch Volumendiffusion durch geschlossene porenfreie Polymerfilme. Dieses Verfahren wird jedoch nur zur Messung von Substanzen angewandt, die in hoher Konzentration (z. B. O₂ in der Atmosphäre) vorliegen. Die nachzuweisenden Substanzen müssen in jedem Fall die Arbeitselektrode erreichen. Die Arbeitselektrode ist in der Regel direkt an der für das Eindiffundieren der nachzuweisenden Substanzen vorgesehenen Membran angebracht oder in geringem Abstand zu dieser im Elektrolytraum angeordnet.
Das Prinzip der Diffusion der nachzuweisenden Substanz durch eine Membran hat eine Reihe von Nachteilen. Offenporige Membranen besitzen eine sehr große Oberfläche. Werden derartige Membranen zur Begrenzung des Elektrolytraumes eingesetzt, können Adsorptionsphänomene die Sensoreigenschaften negativ beeinflussen. Offenporige und nahezu porenfreie Membranen limitieren die Diffusion in jedem Fall, begrenzen also den Gaszutritt zur Arbeitselektrode und reduzieren dadurch die Empfindlichkeit eines elektrochemischen Sensors. Diese Reduzierung der Empfindlichkeit tritt naturgemäß bei der Verwendung porenfreier Membranen besonders stark hervor.
Die Abdichtung des Sensorinnenraumes kann zudem zu Druckdifferenzen gegenüber der Sensorumgebung führen, was häufig zusätzliche konstruktive Maßnahmen zur Stabilisierung des Sensorgehäuses erfordert. Ein weiterer Nachteil ist die starke Temperaturabhängigkeit von Diffusionsprozessen. Erfolgt der Zutritt der nachzuweisenden Substanz zur Arbeitselektrode per Diffusion durch eine Membran, wird die Empfindlichkeit des elektrochemischen Sensors selbst temperaturabhängig. Somit wird unter Umständen eine aufwändige Temperaturkompensation erforderlich.
Offenporige Membranen sind darüber hinaus in der Regel empfindlich gegenüber raschen Druckänderungen, wenn diese zu einem Eindringen des Elektrolyten in die Poren der Membran führen. Häufig folgt darauf ein Ausfall des betroffenen Sensors.
Befindet sich die Arbeitselektrode in direktem Kontakt zur Permeationsmembran, so ist es oft schwierig, den Verbund zwischen Arbeitselektrode und Membran langzeitstabil zu realisieren. Das ist jedoch erforderlich, da Veränderungen in diesem Kontaktbereich, also beispielsweise eindringender Elektrolyt oder minimale Abstandsänderungen, das Diffusionsverhalten der nachzuweisenden Substanz beeinflussen. Insbesondere ein sich zwischen Membran und Arbeitselektrode ausbildender Elektrolytfilm wirkt als zusätzliche und schwer kalkulierbare Diffusionsbarriere.
Die Empfindlichkeit elektrochemischer Sensoren wird außerdem durch die Größe der wirksamen Elektrodenflächen bestimmt.

Es ist bekannt, in elektrochemischen Sensoren teilweise auf eine abgrenzende Membran zu verzichten ( GB1552620 ). Dadurch kommt es in der dort beschriebenen Anordung zu einem verstärkten Verlust von Elektrolyt. Dieser Verlust wird durch eine Nachfüllvorrichtung kompensiert. Eine derartige eine Nachfüllvorrichtung kompensiert. Eine derartige Nachfüllvorrichtung bedeutet jedoch einen erhöhten technischen Aufwand. Außerdem hängt das von einem derartigen Sensor gelieferte Signal stark vom Befeuchtungsgrad der Meßelektrode ab. Dadurch werden häufige Kalibrierungen erforderlich.

In dem Patent US 4,948,490 werden feste, ionisch leitfähige Elektrolytfilme in Sensoren beschrieben, die die Elektroden vollständig überdecken. Die Elektrolytfilme übernehmen damit die Funktion einer gasdurchlässigen Membran, die den Zutritt des Analyten zur Arbeits-/Messelektrode limitiert und sich deshalb in Bezug auf eine gewünschte verkürzte Ansprechzeit und eine erhöhte Messempfindlichkeit ungünstig auswirkt.

Es ist weiterhin bekannt, als neuartige Elektrolytsubstanzen in elektrochemischen Sensoren ionische Flüssigkeiten einzusetzen.

Ionische Flüssigkeiten, die auch als geschmolzene Salze bezeichnet werden, haben in den letzten Jahren aufgrund ihrer Stabilität gegenüber atmosphärischen Bedingungen (Feuchte, O2) zunehmend Bedeutung in der Elektrochemie erlangt und sind als Elektrolyt bzw. Elektrolytkomponente bekannt (JP2003172723 und US 20040033414 A1 )

In diesen Schriften wird deren Anwendung in membrangedeckten bzw. gekapselten elektrochemischen Sensoren beschrieben.

In der DE 102 45 337 A1 werden einerseits Elektrodensysteme mit ionischen Flüssigkeiten als Elektrolyt für potentiometrische Messverfahren angegeben, wobei der Weg des Analyten zum Elektrodensystem nicht beschrieben wird. Andererseits wird die Verwendung von Platinmohr nur in Bezug auf eine weitere Ausführungsform (2) für einen elektrochemischen Sensor mit ionischen Flüssigkeiten als Elektrolyt mit amperometrischem Messprinzip und mit einem Gehäuse mit einer Diffusionsbarriere offenbart.

Alle beschriebenen Sensoren weisen Nachteile auf, die mit einem erhöhten Zutrittswiderstand gegenüber dem Zielgas verbunden sind. Niedriger werdende MAK-Werte und neue Messaufgaben erfordern jedoch elektrochemische Sensoren mit deutlich verbesserter Sensitivität.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen elektrochemischen Sensor anzugeben, der möglichst viele Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Insbesondere soll er einen einfachen Aufbau, eine kleine Bauform, Langzeitstabilität und eine möglichst hohe Empfindlichkeit bei guter Reproduzierbarkeit der Messwerte aufweisen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch einen elektrochemischen Sensor mit den Merkmalen von Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2 bis 14 angegeben.

Die Erfindung geht davon aus, dass durch den Verzicht auf Membranen, die den Zutritt des Zielgases begrenzen, die Empfindlichkeit von Sensoren verbessert werden kann. In einer offenen Bauform kann auf Vorrichtungen zur Kompensation von Elektrolytverlusten verzichtet werden, wenn Elektrolyten verwendet werden, die einen so niedrigen Dampfdruck aufweisen, dass sie während der typischen Lebensdauer elektrochemischer Sensoren in nicht nachweisbarem Umfang verdunsten.

Insbesondere der Einsatz ionischer Flüssigkeiten als Elektrolytmaterial ermöglicht einen Verzicht auf Membranen als sensorbegrenzendes Element und eine weitgehende Vermeidung der eingangs beschriebenen Nachteile herkömmlicher elektrochemischer Sensoren.

Ionische Flüssigkeiten weisen bei Temperaturen, in denen üblicherweise der Einsatz von elektrochemischen Sensoren erfolgt, keinen messbaren Dampfdruck auf. Auf Maßnahmen zum Ausgleich von Elektrolytverlusten durch Verdunstung kann deshalb verzichtet werden, selbst wenn sich der Elektrolyt beispielsweise auf einem Elektrolytträger vollflächig mit der Umgebungsatmosphäre in direktem Kontakt befindet.

Die geringe, häufig nicht nachweisbare Flüchtigkeit Ionischer Flüssigkeiten ermöglicht es, in einfacher Weise in einem elektrochemischen Sensor offenliegende, direkt mit der Atmosphäre in Kontakt stehende Elektroden zu benutzen, die mittels eines derartigen Elektrolyten dauerhaft elektrochemisch aktiv gehalten werden können. Elektrolytverlust und Probleme mit dem Nachliefern des Elektrolyten entfallen. Eine dauerhafte elektrolytische Kontaktierung der Arbeitselektrode kann sichergestellt werden ohne daß ein gesondertes Elektrolytreservoir notwendig wird. Damit ist auch eine Miniaturisierung des gesamten Sensors möglich, da Elektrolyt- und Ausgleichsvolumina zur Pufferung der feuchtebedingten Schwankungen der Elektrolytmenge entfallen. Der Bedarf an Elektrolyt ist gegenüber allen anderen bekannten Elektrolyten drastisch verringert.

Erfindungsgemäße elektrochemische Sensoren weisen zudem Elektroden auf, deren aktive Oberfläche wesentlich größer ist, als die von den Elektroden abgedeckte geometrische Fläche. Das kann durch oberflächenvergrößernde Maßnahmen, also Mikrostrukturierungen, durch eine Herstellungsweise, die zu porösen Strukturen führt oder durch die Wahl poröser Elektrodenmaterialien realisiert werden. Auf diese Weise lässt sich die Empfindlichkeit der Sensoren gegenüber Sensoren mit Elektroden ohne vergrößerte Oberfläche erheblich Steigern, was wiederum einer Miniaturisierung entgegen kommt. Bereits eine um den Faktor 5 vergrößerte Oberfläche ermöglicht die Herstellung sehr kleiner empfindlicher Gassensoren. Durch spezielle Herstellungsverfahren lassen sich wesentlich größere Steigerungen erzielen. Durch geschickte Einstellung der Prozessparameter bei einem Sputterprozess zur Herstellung der Elektroden aktive Oberflächen erzeugt werden, die mindestens um den Faktor 50 über der Fläche liegen, die geometrisch durch die Elektroden liegen. Durch spezielle Druckverfahren kann dieser Faktor sogar auf über 500 gesteigert werden.

Der Einsatz herkömmlicher Elektrolyten erforderte bei der Verwendung von Elektroden mit vergrößerter Oberfläche Maßnahmen, die Benetzungsschwankungen verhindern, da diese die Reproduzierbarkeit der Messwerte erheblich beeinträchtigen. Das wurde meist durch eine reichliche Elektrolytbefüllung gesichert, die evtl. vorhandene Mikrostrukturen der Elektroden stets vollständig im Elektrolytbad gehalten hat. Die Dicke der die Elektroden bedeckenden Elektrolytschicht bestimmt jedoch Diffusion des Zielgases zur Arbeitselektrode, weshalb bei derart „getauchten" Elektroden der Vorteil der vergrößerten Oberfläche teilweise verloren geht. Eine Benetzung mit geringer Elektroytdicke birgt dagegen bei Verwendung herkömmlicher Elektrolyten die Gefahr, dass bereits bei geringen Verdunstungsverlusten Oberflächenbereiche der Elektroden freigelegt werden, was zu Veränderungen der Messcharakteristik des betroffenen Sensors führt.

Erfindungsgemäße Sensoren ermöglichen auch bei Verwendung von Elektroden mit extrem vergrößerten Oberflächen und feinen Oberflächenstrukturen durch den Einsatz ionischer Flüssigkeiten eine Benetzung mit sehr dünnen Elektrolytfilmen, ohne dass sich die Reproduzierbarkeit der Messwerte eines derartigen Sensors verschlechtert. Der Vorteil der vergrößerten Oberfläche lässt sich in vollem Umfang nutzen, wenn die Elektrolytschicht auf der Elektrodenoberfläche so dünn ist, dass sie der Kontur der die Oberfläche vergrößernden Mikrostrukturen folgt. Das gilt gleichermaßen für die Oberfläche von evtl. vorhandenen Poren, also einer inneren Oberfläche der Elektroden, die auf diese Weise ebenfalls zur vollwertigen aktiven Elektrodenfläche zu rechnen ist.

Es hat sich gezeigt, dass eine Benetzung von Elektroden mit einer Elektrolytschicht, die die Elektrodenoberfläche weitgehend, jedoch nicht vollständig bedeckt, eine besonders vorteilhafte Wirkung auf die Empfindlichkeit erfindungsgemäßer elektrochemischer Sensoren hat. Offenbar kommt es auf diese weise zu einer besonders effektiven Ausbildung von Dreiphasengrenzen zwischen dem Elektrodenmaterial, dem Elektrolyten und dem Zielgas. Selbst bei einer solchen unvollständigen Bedeckung der Elektroden kommt es bei der erfindungsgemäßen Benetzung mit ionischen Flüssigkeiten zu keiner Verschlechterung der Reproduzierbarkeit der mit einem derartigen Sensor erzielten Messwerte. Als optimal haben sich Elektrolytbedeckungen von mindestens 60% der betreffenden Elektrodenfläche erwiesen.

Vorteilhaft ist es, wenn zumindest die Arbeitselektrode eine gegenüber ihren geometrischen Abmessungen vergrößerte Oberfläche aufweist. In erfindungsgemäßen Sensoren können jedoch auch die anderen mit dem Elektrolyten in Kontakt stehenden Elektroden eine derart vergrößerte Oberfläche aufweisen.

Als Elektrolytsubstanzen haben sich ionische Flüssigkeiten auf der Basis bestimmter Kationenklassen in Kombination mit Halogenid-, Sulfat-, Sulfonat-, Borat-, Phosphat-, Antimonat-, Amid-, Imid- oder Methanationen bewährt. Folgende Kationenklassen erwiesen sich als vorteilhaft: monosubstituierte Imidazolium-Ionen, disubstituierte Imidazolium-Ionen, trisubstituierte Imidazolium-Ionen, Pyridinium-Ionen, Pyrrolidinium-Ionen, Phosphonium-Ionen, Ammonium-Ionen, Guanidinium-Ionen und Osouronium-Ionen.

Als besonders vorteilhaft haben sich für Außenanwendungen ionisches Flüssigkeiten mit besonders niedrigen Schmelzpunkten, beispielsweise Ethyl-methylimidazoliumbis(trifluormethylsulfonyl)imid, erwiesen.

Es ist vorteilhaft, wenn die Elektroden aus Pt, Ir, Au, C, DLC, Diamant, Ru oder einer Mischung zumindest einiger der genannten Substanzen bestehen, wobei die kohlenstoffbasierten Materialien auch Carbonfasern oder Carbon nanotubes umfassen können.

An Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen
1 den Aufbau eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Sensors,
2 einen erfindungsgemäßen Sensor in gehäusefreier Bauform,
3 zeigt einen erfindungsgemäßen Sensor, dessen Arbeitselektrode mikrostrukturiert wurde,
4 einen laminierten Dreielektroden-Sensor ohne Membranabdeckung,
5 einen Ausschnitt aus der Oberfläche einer fast vollständig elektrolytgedeckten strukturierten Elektrode.
1 zeigt den Aufbau eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Sensors. Eine Arbeitselektrode 1, eine Referenzelektrode 2 und eine Hilfselektrode 3 befinden sich in Kontakt zum Elektrolyten, einer ionischen Flüssigkeit 4, die stabilisiert in Form eines Gels aus der ionischen Flüssigkeit mit einem chemisch inerten, vorzugsweise perfluorierten Gelierungsmittel, wie z.B. PVDF, vorliegt. Zur besseren Fixierung ist die Anordnung in einem wannenförmigen Gehäuse 5 untergebracht, welches aus nicht leitendem Material besteht. Eine derartige Bauform lässt sich besonders einfach herstellen. Die stabilisierte ionische Flüssigkeit bietet eine ausreichende Festigkeit, um als dünne Scheibe ausgestanzt und nachfolgend auf einer oder beiden Seiten mit Elektroden versehen zu werden. Das Aufbringen der Elektroden erfolgt durch Sputtern, Aufsintern oder Bedrucken. Das ermöglicht über die Einstellung entsprechender Prozessparameter Elektroden abzuscheiden, die eine erfindungsgemäß vergrößerte Oberfläche aufweisen. Die Elektroden sind beispielsweise über aufgelegte Drähte kontaktiert.
Alternativ können der Boden und/oder die Wände des wannenförmigen Gehäuses mit durch Sputtern, Drucken, Aufwalzen oder Aufdampfen hergestellten Elektroden versehen werden. Die Elektroden werden dann bereits mit den zugehörigen Kontaktierungsbahnen aufgebracht. Die verschiedenen Verfahren zum Aufbringen der Elektroden ermöglichen wiederum die Herstellung von Elektroden mit erfindungsgemäß vergrößerter Oberfläche.
2 zeigt einen erfindungsgemäßen Sensor in gehäusefreier Bauform. Die ionische Flüssigkeit 4 ist in einem offenen Träger deponiert. Dieser offene Träger ist eine poröse Membran, deren Poren mit der ionischen Flüssigkeit gefüllt sind. Durch Sputtern oder Bedrucken sind poröse Elektroden 1, 2, 3 aufgebracht, die durch Kapillarwirkung benetzt werden. Alternativ können die Referenzelektrode 2 und die Hilfselektrode 3 auch als glatte Elektroden ausgebildet sein.
3 zeigt einen erfindungsgemäßen Sensor, dessen Arbeitselektrode mikrostrukturiert wurde. Auf einem planaren, nicht elektrisch leitfähigen Träger 6 aus Silizium wurde zu diesem Zweck auf einer Seite das Material der Arbeitselektrode 1 aufgebracht und dieser Elektroden-Substrat-Verbund einem Strukturierungsverfahren ausgesetzt. Durch geeignete Wahl des Strukturierungsverfahrens der Prozeßparameter kann es dabei zur Ausbildung von einzelnen Vertiefungen 7 oder zu durch die Arbeitselektrode 1 vollständig hindurchführenden Öffnungen 8 kommen. Es können beide Strukturierungen gleichzeitig oder definiert eine der beiden Alternativen realisiert werden. Der strukturierte Träger 6 steht in flächigem Kontakt zu einem Elektrolytreservoir mit einer ionischen Flüssigkeit 4.
Durch Kapillarkräfte füllen sich die Öffnungen 8 oder Vertiefungen 7 in der Arbeitselektrode von der Rückseite mit der ionischen Flüssigkeit auf. Dadurch kommt es zu einem großflächigen Kontakt zwischen Elektrolyt und Elektrode. Gleichzeitig befindet sich der Elektrolyt an der Außenseite der Arbeitselektrode 1 im direkten Kontakt mit der Umgebungsatmosphäre. Über die Größe der Löcher und ihren Abstand wird eine optimale Benetzung der Elektrodenfläche eingestellt.
4 zeigt einen planaren Dreielektroden-Sensor ohne Membranabdeckung. Die drei Elektroden 1, 2, 3, die über Zuleitungsbahnen 9 kontaktiert und mit Kontaktpads 10 verbunden sind, befinden sich in einem Gehäuse 11 aus gegeneinander verschweißten Folien.
Mindestens die Sensor- oder Arbeitselektrode 1 steht über eine in das Gehäuse 11 eingestanzte Öffnung 12 bei teilweiser Elektrolytbedeckung direkt mit der umgebenden Atmosphäre in Kontakt. Dasselbe kann aber auch für weitere Elektroden 2 mit den dazugehörigen Öffnungen 13 gelten. Die Elektroden bestehen aus einem porösen Material und sind in ein Elektrolytreservoir eingebettet. Das Elektrolytreservoir ist mit Ethyl-methylimidazoliumbis(trifluormethylsulfonyl)imid gefüllt und wird vom Gehäuse 11 umschlossen. Über die Öffnung 12 vor der porösen Elektrode 1 steht der Elektrolyt ebenfalls in direktem Kontakt mit der Umgebungsatmosphäre.
5 zeigt einen Ausschnitt aus der Oberfläche einer fast vollständig elektrolytgedeckten strukturierten Elektrode 1. Die Oberfläche ist mit einer Elektrolytschicht 14 bedeckt, die so dünn ist, dass sie der Kontur der die Oberfläche vergrößernden Mikrostrukturen folgt. Die Oberfläche weist zudem kleine Bereiche 15 auf, in denen die Bedeckung fehlt. Dort steht die Elektrodenoberfläche in direktem Kontakt zur Umgebungsatmosphäre. Durch die Verwendung einer ionischen Flüssigkeit als Elektrolyt bleiben die unbedeckten Bereiche 15 stabil. Es kommt also über längere Zeit zu keinen Schwankungen des Bedeckungsgrades. Eine derartige Geometrie hat sich als besonders effektiv erwiesen.

Claims

Elektrochemischer Sensor mit mindestens einer ionischen Flüssigkeit (4) als Elektrolyt und mehreren Elektroden (1, 2, 3), wobei a) zumindest die Arbeitselektrode (1) eine aktive Oberfläche aufweist, die wesentlich größer als die von der Arbeitselektrode (1) abgedeckte geometrische Fläche ist, b) zumindest die Arbeitselektrode (1) von einer Elektrolytschicht bedeckt ist, die die Elektrodenoberfläche zwar weitgehend, jedoch nicht vollständig bedeckt und c) die Arbeitselektrode (1) sich in unmittelbarem Kontakt mit der Umgebungsatmosphäre und mit dem Elektrolyten befindet.
Elektrochemischer Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Elektrode enthalten ist, deren aktive Oberfläche mindestens um den Faktor 5 größer ist, als die von dieser Elektrode abgedeckte geometrische Fläche.
Elektrochemischer Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Elektrode enthalten ist, deren aktive Oberfläche mindestens um den Faktor 50 größer ist, als die von dieser Elektrode abgedeckte geometrische Fläche.
Elektrochemischer Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Elektrode enthalten ist, deren aktive Oberfläche mindestens um den Faktor 500 größer ist, als die von dieser Elektrode abgedeckte geometrische Fläche.
Elektrochemischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode, deren aktive Oberfläche größer ist, als die von dieser Elektrode abgedeckte geometrische Fläche, eine mikrostrukturierte Oberfläche aufweist.
Elektrochemischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode, deren aktive Oberfläche größer ist, als die von dieser Elektrode abgedeckte geometrische Fläche, aus einem porösen Material besteht.
Elektrochemischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Oberfläche aller Elektroden größer ist, als die von diesen Elektroden abgedeckte geometrische Fläche.
Elektrochemischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Arbeitselektrode von einer Elektrolytschicht auf der Elektrodenoberfläche bedeckt wird, die so dünn ist, dass sie der Kontur der die Oberfläche vergrößernden Mikrostrukturen folgt.
Elektrochemischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitselektrode von einer Elektrolytschicht bedeckt wird, die die Elektrodenoberfläche mindestens zu 60% abdeckt.
Elektrochemischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Elektrolyt eine ionische Flüssigkeit enthalten ist, die ein Kation aus einer der folgende Klassen enthält: monosubstituierte Imidazolium-Ionen, disubstituierte Imidazolium-Ionen, trisubstituierte Imidazolium-Ionen, Pyridinium--Ionen, Pyrrolidinium-Ionen, Phosphonium-Ionen, Ammonium-Ionen, Guanidinium-Ionen und Osouronium-Ionen.
Elektrochemischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Elektrolyt eine ionische Flüssigkeit enthalten ist, die als Anion Halogenid-, Sulfat-, Sulfonat-, Borat-, Phosphat-, Antimonat-, Amid-, Imid- oder Methanationen enthält.
Elektrochemischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Elektrolyt Ethyl-methylimidazoliumbis(trifluormethylsulfonyl)imid enthalten ist.
Elektrochemischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Stabilisierung des Elektrolyten PVDF enthalten ist.
Elektrochemischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Elektroden aus Pt, Ir, Au, C, DLC, Diamant, Ru oder einer Mischung zumindest einiger der genannten Substanzen enthalten sind, wobei die kohlenstoffbasierten Materialien auch Carbonfasern oder Carbon nanotubes umfassen.