汽车氧传感器材料的研究

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1、·54·材料导报A：综述篇2011年5月(上)第25卷第5期汽车氧传感器材料的研究吴文双，肖建中，夏风(华中科技大学材料成型与模具技术国家重点实验室，武汉430074)摘要论述了管式汽车氧传感器材料的选择问题，指出电极保护层趋向于以镁铝尖晶石(MgA1204)为主要原料；电解质大多采用YSZ；电极材料渐渐由贵金属偏向于金属陶瓷复合电极，一些半导体金属氧化物也表现出一定的应用前案，但仍处于研究阶段。关键词氧传感器电极保护层电解质电极ResearchonAutomobileOxygenSensorMaterials

2、WUWenshuang。XIAOJianzhong，XIAFeng(StateKeyLabofPlasticFormingSimulationandDie&MouldTechnology。HuazhongUniversityofScienceandTechnology，Wuhan430074)AbstractThispaperdiscussesthechoiceofmaterialsofthimbleautomobileoxygensensor．Theelectrodepro—tectionlayertends

3、tochooseMgA1204asthemainrawmateria1．TheelectrolyteusuallyusesYSZ．Andtheelectrodeprefersmetal-ceramiccompositetonoblemeta1．Somesemiconductormetaloxidesalsoshowsomepotentialapplica—tionsaselectrode，butitisstillattheresearchstage．Keywordsoxygensensor，electrodep

4、rotectionlayer，electrolyte，electrode式中：R为通用气体常数；T为固体电解质活性区的绝对温0引言度；F为法拉第常数；P为参比气体的氧分压；P为测试气汽车氧传感器安装在汽车排气管中用于测量尾气排放体中的氧分压。中的氧含量，将其转化成电信号后反馈给电控元件(ECU)，在一定温度下，将测得的电势差与其他常数引入式(1)ECU根据该反馈信号对引擎的空燃比A／F进行调节，使汽后即可得到尾气中的氧分压，达到测氧的目的。图1给出了车动力性能和燃油消耗达到最佳配比，减少汽车尾气排放污管式氧传感

5、器的结构，由外到内依次为电极保护层、工作电染。极、固体电解质和参比电极。随着世界各国对汽车尾气的排放控制日益严格，汽车氧测试气体传感器显得越来越重要。现在新下线汽油车中均用到了氧传感器，有的新车型在三元催化转化器(TWC)后面还安装有氧传感器，用于检测TWC的转换效率，采用双氧传感器。更有甚者，新的采用V6引擎和V8引擎的车型还设有双排气电管，需要4个氧传感器。此外，汽车产量逐年增长，汽车氧传势感器的需求量将越来越大n]，同时也激励着汽车氧传感器技差术的发展。汽车氧传感器按原理可分为浓差型氧传感器、极限电流型氧

6、传感器、电化学泵电池型氧传感器和混合电势型氧传感图1浓差型汽车氧传感器的工作原理器。经过几十年的发展，现在大量应用的都是浓差型氧传感Fig,．1Workingprincipleofconcentrationautomobile器，其工作原理如图1所示：在一定的温度下，当ZrO固体oxygensensor电解质两端的氧分压不同时，由于O在固体电解质内的迁移而使两边电极上产生不同的电势，形成电势差。其电势差1氧传感器的电极由能斯特公式给出。电极是氧传感器最重要的组成部分，选择合适的电极材E一-n皂㈩料对氧传感器整体

7、性能的提高非常重要，而氧传感器的失效吴文双：男，1984年生，硕士研究生E-mail：wws0805@gmail．corn肖建中：通讯作者，教授，博士生导师E-mail：jzxiao@mail．hust．edu．cn汽车氧传感器材料的研究／吴文双等·55·主要是由电极脱落或中毒引起的，可以认为电极的寿命就是发现4oo~6oo~C时，0在Ag／YSZ电极上反应速率最快，激氧传感器的寿命]。活能最低。更具体是在400~450~C时，Ag／YSZ氧传感器响氧传感器的电极分为参比电极和工作电极(图1)，参比应时间最短，

8、而450600％时，Ag_1Pd／YSZ氧传感器响电极工作在稳定的参比气体中，Pt电极能很好地满足其条应时间最短。所以对于在不同温度段工作的氧传感器，电极件，下面的讨论主要针对工作电极。选择是不同的。氧传感器正常工作要求其电极反应是可逆的，如果不可逆，氧传感器往往表现出响应速度慢的现象。此外，作为氧Sensingelectrodes传感器的电极还应该具有这样一些特性：催化性，能催化电P