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Daniela Schönauer-Kamin
Neuartiger Mischpotentialsensor zur Detektion von Ammoniak in Abgasen
Zur Erfüllung der verschärften Emissionsgrenzwerte werden neuartige Abgasnachbehandlungstechnologien eingesetzt. Das Ammoniak-SCR-Verfahren scheint sich für Dieselmotoren für die Minderung von Stickoxidemissionen durchzusetzen. Dabei werden die Stickoxide in einem SCR-Katalysator mit zudosiertem Ammoniak reduziert. Die On-Board-Diagnose und die Regelung des SCR-Systems sind mit einem selektiven Ammoniakabgassensor realisierbar, der den Anforderungen der rauen Umgebungsatmosphäre und der Langzeitstabilität gerecht werden muss.
In dieser Arbeit wird eine Möglichkeit zur Detektion von Ammoniak mit einem Mischpotentialsensor vorgestellt. Dabei dient die sich zwischen zwei unterschiedlichen Elektroden einstellende Potentialdifferenz als konzentrationsabhängiges Sensorsignal. Als Messelektrode werden oft komplexe Metalloxide eingesetzt, die elektrisch leitfähig, katalytisch selektiv und im Autoabgas langzeitstabil sein müssen. Als neuer Ansatz wird die Auftrennung der Funktionen der Messelektrode verfolgt. Dabei wird eine von zwei gleichen Elektroden zusätzlich mit einer katalytisch aktiven SCR-Beschichtung versehen.
Neben der Realisierung des Sensorelements beinhaltet die Arbeit eine ausführliche Untersuchung des Sensorverhaltens. Im Hinblick auf die selektive Ammoniakdetektion und einen Einsatz im Realabgas werden verschiedene Optimierungsstrategien verfolgt. Der Sensor erlaubt die Detektion von Ammoniak im ppm-Bereich, weist jedoch auch Querempfindlichkeiten auf. Mit Halbzellenmessungen wird der Einfluss der Teilkomponenten des Sensors analysiert,wobei alle Komponenten das Sensorsignal beeinflussen. Dabei zeigen sich die für die Beschreibung des Sensormechanismus relevanten Einflussfaktoren. Das Sensorverhalten wird mit der Mischpotentialtheorie beschrieben.
In dieser Arbeit wird eine Möglichkeit zur Detektion von Ammoniak mit einem Mischpotentialsensor vorgestellt. Dabei dient die sich zwischen zwei unterschiedlichen Elektroden einstellende Potentialdifferenz als konzentrationsabhängiges Sensorsignal. Als Messelektrode werden oft komplexe Metalloxide eingesetzt, die elektrisch leitfähig, katalytisch selektiv und im Autoabgas langzeitstabil sein müssen. Als neuer Ansatz wird die Auftrennung der Funktionen der Messelektrode verfolgt. Dabei wird eine von zwei gleichen Elektroden zusätzlich mit einer katalytisch aktiven SCR-Beschichtung versehen.
Neben der Realisierung des Sensorelements beinhaltet die Arbeit eine ausführliche Untersuchung des Sensorverhaltens. Im Hinblick auf die selektive Ammoniakdetektion und einen Einsatz im Realabgas werden verschiedene Optimierungsstrategien verfolgt. Der Sensor erlaubt die Detektion von Ammoniak im ppm-Bereich, weist jedoch auch Querempfindlichkeiten auf. Mit Halbzellenmessungen wird der Einfluss der Teilkomponenten des Sensors analysiert,wobei alle Komponenten das Sensorsignal beeinflussen. Dabei zeigen sich die für die Beschreibung des Sensormechanismus relevanten Einflussfaktoren. Das Sensorverhalten wird mit der Mischpotentialtheorie beschrieben.
Schlagwörter: Gassensor; elektrochemisch; Ammoniakdetektion; YSZ
Bayreuther Beiträge zur Sensorik und Messtechnik
Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. Ralf Moos und Prof. Dr.-Ing. Gerhard Fischerauer, Bayreuth
Band 13
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