Resumen de Comprehensive study of ysz-based electrochemical gas sensors for automotive applications
El objetivo de este trabajo es describir la dependencia de la respuesta frente a los gases de combustión en función de los diversos parámetros que pueden influir en el comportamiento de los sensores electroquímicos de gases de escape, basados en electrolitos sólidos de YSZ, para el control de la combustión en vehículos. Los diferentes parámetros estudiados han sido: características de los diversos componentes de los sensores (electrodos, electrolitos, capas difusoras), diseño de sistemas de test de sensores de gas, rol difusor o catalítico de algunos materiales porosos sobre electrodos, resistencia frente al envejecimiento, consecuencias de los tratamientos eléctricos o térmicos bajo diversas atmósferas.
La metodología seguida ha consistido en el diseño y fabricación de diversos sensores electroquímicos siguiendo procesos habituales de tecnología cerámica monolítica. Se han introducido diversas modificaciones entre las diferentes familias de sensores fabricados, como la morfología de las capas difusoras, el espesor de los electrodos o la concentración de Y2O3, entre otras, para facilitar el estudio de la influencia de cada uno de los componentes de los sensores. Se han realizado diversas caracterizaciones eléctricas de la señal de los sensores ante diferentes gases sintéticos o gases procedentes de una combustión real. Se ha sometido a los sensores a procesos de envejecimiento en un vehículo real, así como a ciclos térmicos o a la aplicación de altas polarizaciones a los electrodos bajo atmósferas reductoras u oxidantes.
Las correlaciones entre respuesta sensora, caracterización eléctrica y morfológica, tratamientos eléctricos o térmicos aplicados, y procesos seguidos en la fabricación, han sugerido algunas relaciones entre las características de los componentes de los sensores y su respuesta sensora.
A la luz de los resultados obtenidos, se ha propuesto y validado una expresión analítica para la característica I(V) de los sensores amperométricos expuestos a composiciones binarias de oxígeno-nitrógeno. Se ha descrito la influencia de las capas difusoras en la respuestas potenciométrica y amperométrica de los sensores. En el contexto de las capas difusoras, al incluir trióxido de tungsteno nanoestructurado como material difusor sobre electrodos de platino, se han conseguido respuestas sensibles al monóxido de nitrógeno en gases multicomponente. Se ha propuesto y validado un modelo para la impedancia de la interficie electrodo poroso - electrolito. La aplicación de este modelo a sensores sometidos a polarizaciones a alta temperatura ha permitido discutir la relación entre las variaciones de la respuesta de los sensores polarizados y la densidad de puntos triples en la interficie electrodo - electrolito.
