Schémas schématiques du capteur de gaz de type électrochimique et des réactions chimiques
Les capteurs de gaz de type électrochimique Figaro sont des piles à combustible ampérométriques à deux électrodes. Les composants de base de deux capteurs de gaz d’électrode sont une électrode de travail (de détection), une contre-électrode et un conducteur ionique entre eux. Lorsque des gaz toxiques tels que le monoxyde de carbone (CO) entrent en contact avec l’électrode de travail, l’oxydation du gaz CO se produit sur l’électrode de travail par réaction chimique avec des molécules d’eau dans l’air (voir Équation 1).
CO + H2O → CO2 → 2H ++2e- …（1）
La connexion de l’électrode de travail et de la contre-électrode par un court-circuit permettra aux protons (H +) générés sur l’électrode de travail de s’écouler vers la contre-électrode à travers le conducteur ionique. De plus, les électrons générés se déplacent vers la contre-électrode à travers le câblage externe. Une réaction avec l’oxygène dans l’air se produira sur la contre-électrode (voir Équation 2).
（1/2） O2 + 2H + + 2e – → H2O …（2）
La réaction globale est représentée dans l’équation 3. Le capteur de gaz de type électrochimique Figaro fonctionne comme une batterie, le gaz étant la matière active de cette réaction globale de la batterie.
CO + （1/2） O2 → CO2 …（3）
En mesurant le courant entre l’électrode de travail et la contre-électrode, cette cellule électrochimique peut être utilisée comme capteur de gaz.
Équation théorique pour la détection de CO
Pour mesurer le courant de sortie du capteur, il doit être connecté à un circuit externe. En contrôlant le gaz s’écoulant vers l’électrode de travail avec un film de diffusion, le courant de sortie traversant le circuit externe sera proportionnel à la concentration de gaz (voir Équation 4 et le graphique à droite). La relation linéaire entre la concentration de gaz et la sortie du capteur rend cette technologie idéale pour les applications de détection de gaz.
I = F × (A/σ) × D × C × n …（4）
où:
I: Sortie du capteur
F: Constante de Faraday
A: Surface du film de diffusion
σ： Épaisseur du film de diffusion
D: Coefficient de diffusion gazeuse
C: Concentration de gaz
n: Nombre d’électrons de réaction
Caractéristiques
Le potentiel d’oxydation du gaz CO (tel qu’exprimé dans l’équation 1) est inférieur au potentiel d’oxydation de l’électrode （2H + + 2e – H H2), c’est-à-dire que l’oxydation du CO a un potentiel moins noble que la désoxydation. Comme cette réaction se produit facilement, aucune énergie externe n’est nécessaire pour stimuler la réaction chimique du capteur, contrairement aux capteurs de type à trois électrodes. En conséquence, ce capteur de type à deux électrodes offre des caractéristiques supérieures en matière de résistance aux interférences, de répétabilité et de consommation d’énergie.