[发明专利]一种中低温电流型NOx传感器用固体电解质材料及其制备

说明书

技术领域

本发明属于汽车尾气污染治理领域，具体涉及一种中低温电流型NO_x传感器用固体电解质材料及其制备方法。

背景技术

柴油车自1892年问世以来，凭借其良好的动力性、经济性、耐久性和续航能力等优点日益受到人们青睐，被认为是二十一世纪世界汽车发展的主打方向。目前，全球柴油车的生产量呈逐年上升态势，取代汽油车的势头不可阻挡。由于柴油车是在高空燃比 (A/F＞22) 条件下运行，燃烧室中过量的氧气能促进燃油充分燃烧，尾气中一氧化碳 (CO) 和碳氢化合物 (HC) 排放少，正常行驶下柴油车比汽油车可节油 20 % 左右。但使用柴油发动机的不足也在于排气中含有高浓度的氧气，三元催化剂无法去除尾气中的NO_x，必须通过NO_x吸储型催化剂 （NSR）或者选择性催化还原（SCR）系统进行后续脱硝处理。如何同步调节发动机燃烧状态以及NSR或者SCR系统的工作状态是燃油汽车节能减排的一个重大技术难题。发展车用NO_x传感技术，在尾气处理系统前后加装NO_x传感器是解决这一难题的有效方法，对城市环境保护意义重大。

近年来，基于氧化锆基NO_x 传感器的开发研究十分活跃，多种器件已被制备出来，显示出了很多可借鉴的优点。但传统的YSZ材料要在1000℃左右才能达到足够高的离子电导率，如此高温会导致电极－电解质界面间发生有害反应、电极老化、功耗高等系列问题，难以满足柴油车发动机系统的中低温工作要求（通常运行温度在800℃以下）。因此，迫切需要开发一种在中、低温范围内就具有较高氧离子电导率的固体电解质来取代传统YSZ 材料，以保证传感器对NO_x的快速响应以及快速恢复。

CN 1421416 A 公开了一种氧化铈基固体电解质陶瓷材料及其制造方法。该固体电解质在中低温下具有较高的力学强度和氧离子电导率，但是CeO₂ 在还原气氛中Ce⁴⁺ 易被还原成Ce³⁺，可变价态Ce³⁺、Ce⁴⁺ 的存在使其具有一定程度的电子( 或空穴) 导电行为，因此氧化铈基固体电解质用于NO_x传感器至今还难以实现实际应用。

CN 102866192 A 公开了一种固体电解质的电流型NO₂传感器及其制备方法。该传感器采用流延法制备La_1-xSr_xGa_1-yMg_yO_3-δ固体电解质基片，厚膜丝网印刷技术印刷电极，具有结构简单、体积小，同时还能达到降低传感器操作温度的目的。但是掺杂的LaGaO₃难以制备出纯相的La_1-xSr_xGa_1-yMg_yO_3-δ，易出现LaSrGaO₄、LaSr-Ga₃O₇ 杂相，并且在高温还原气氛下Ga 容易挥发影响其寿命。

CN201594086U公开了一种全固化混合电势型NO_x传感器。该传感器由电解质层、敏感电极层以及参考电极、工作电极构成，可检测NO_x浓度范围为1-75 %，响应时间小于2分钟。

CN101706470A公开了一种全固化混合电势型NO_x传感器及其制备方法。该传感器的电解质层与敏感电极层多层复合材料由放电等离子烧结技术直接烧结而成，具有重复性好、性能稳定、响应时间短（小于2分钟）等特点。

以上报道存在传感器用固体电解质材料性能不稳定、寿命短、成本高、制备工艺复杂等亟待解决的问题。

发明内容