No와 NO2 동시 반응을 통한 자동차용 혼합전위 방식 NOx 센서의 감지 기구

Abstract

700도 이상 고온의 배기가스로부터 정확한 NOx 총량을 안정적으로 측정하기 위해 혼합전위방식의 NOx 센서를 채택하였다. 이를 위해 NOx를 효과적으로 감지 할 수 있는 감지 물질 NiO-YSZ와 CuO를 합성하였으며 이를 바탕으로 센서의 알고리즘을 개발하였다. 전해질은 기존에 산소 센서에 적용되어 안정성이 입증된 지르코니아 산소 이온 전도체를 이용하였으며 다양한 감지 물질을 합성하여 실험을 수행한 결과 CuO와 NiO-YSZ의 혼합물이 700도의 산소가 10% 함유된 환경에서 각각 61mV($NO_2$ 350ppm+NO 135ppm)와 81mV($NO_2$ 350ppm+NO 135ppm)로 가장 좋은 감도, 반응 속도와 회복속도를 안정적으로 나타내어 감지 물질로 선정하였다. 선정된 감지 물질위에서 NO와 $NO_2$가 동시에 존재할 때 NOx의 반응 특성을 알아보기 위해 Potentiotat을 이용하여 I-V 커브를 분석한 결과 NO와 $NO_2$의 반응이 독립적으로 일어나는 것이 아닌 NO와 $NO_2$의 비율 즉, 총 NOx양을 구성하는 NO와 $NO_2$의 비율에 따라 분극곡선이 변화함을 확인 할 수 있었다. 또한, 다양한 농도의 NO와 $NO_2$에 따른 기전력 변화를 알아봄으로써 NO의 농도 변화에 따라 기전력은 선형적으로 변하고 $NO_2$의 농도에 변화에 따라 대수적 관계를 갖는 것을 확인할 수 있었다. 마지막으로 위와같은 결과로부터 혼합전위방식의 NOx 센서의 알고리즘을 개발하여 서로 다른 감지 물질을 갖은 혼합전위 방식의 NiO-YSZ 감지 전극 센서와 CuO 감지 전극 센서를 이용하여 $NO_2$가 풍부한 영역에서의 각각의 NO와 $NO_2$뿐만 아니라 NOx 총량을 측정할 수 있는 센서를 개발하였다.