Verbrennungsprozesse werden auch künftig in Fahrzeugen, Großmotoren oder Biomasseanlagen relevant sein. Um die Luftqualität zu sichern und gesetzliche Grenzwerte einzuhalten, sind effiziente Abgasnachbehandlungssysteme zur Stickoxidminderung erforderlich, meist basierend auf dem Ammoniak-SCR-Verfahren (SCR = Selektive Katalytische Reduktion). Für die präzise Regelung von SCR-Systemen braucht es Abgassensoren, die Stickoxide und Ammoniak zuverlässig und mit hoher Selektivität detektieren können.
Im Projekt sollte ein abgastauglicher kombinierter Sensor für NH3 und NOX entwickelt werden. Grundlage bildeten zwei elektrochemische Prinzipien: ein gepulster NOX-Sensor und ein NH3-Mischpotentialsensor, beide basierend auf einer Festelektrolytschicht aus Yttriumoxid-stabilisiertem Zirkoniumdioxid (YSZ), hergestellt mit der Pulveraerosoldepositionsmethode (PAD).
Zunächst wurden dichte PAD-YSZ-Schichten auf keramischen Substraten hergestellt und hinsichtlich Temperaturstabilität und ionischer Leitfähigkeit untersucht. Anschließend wurde die Funktionalität des gepulsten NOX-Sensors und des NH3-Mischpotentialsensors mit PAD-Festelektrolytschicht erfolgreich getestet. Zur Kombination beider Sensorprinzipien auf einer Sensorplattform wurden verschiedene Varianten realisiert und charakterisiert, um eine gegenseitige Beeinflussung zu minimieren. Aufgrund von Stabilitätsproblemen wurde der NOX-Sensor nicht weiterentwickelt. Stattdessen wurde der NH3-Sensor optimiert.
Der NH3-Mischpotentialsensor wurde unter Laborbedingungen und im Realabgas erfolgreich getestet. Es zeigte sich eine sehr gute Übereinstimmung mit Referenzmessungen. Die Eignung für den praktischen Einsatz wurde nachgewiesen.