Untersuchung und Modellierung der elektrochemischen Vorgänge von Elektroden für Mischpotential-Sensoren

Titelangaben

Ritter, Thomas:
Untersuchung und Modellierung der elektrochemischen Vorgänge von Elektroden für Mischpotential-Sensoren.
Bayreuth , 2019 . - x, 182 S. - (Bayreuther Beiträge zur Sensorik und Messtechnik ; 27 )
ISBN 978-3-8440-6906-8
( Dissertation, 2019 , Universität Bayreuth, Fakultät für Ingenieurwissenschaften)

Volltext

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Abstract

Gassensoren, deren Messprinzip auf der Ausbildung von Mischpotentialen basieren, besitzen das Potential, Gaskomponenten selektiv und empfindlich zu detektieren. Vor allem sind die dabei verwendeten Materialien stabil gegenüber dem Abgas von Verbrennungsprozessen. Dennoch existiert praktisch kein kommerziell erhältliches System. Eine mögliche Ursache könnte sein, dass keine quantitative Beschreibung des seit Jahrzehnten untersuchten Sensorprinzips existiert. In dieser Arbeit wird daher der Aufbau eines FEM-Modells beschrieben, welches in der Lage ist, die Signale von Mischpotential-Sensoren quantitativ zu beschreiben. Hierfür wird zunächst die Entwicklung eines neuartigen Sensorprinzips dargelegt. Es gewährleistet reproduzierbare Messungen mit deren Hilfe ein umfassendes Verständnis der Einflussfaktoren und Wirkungsketten der Mischpotential-Bildung erlangt wird. Ebenso wird eine elektrochemische Charakterisierung der Sensoren durchgeführt, um die Mechanismen qualitativ zu validieren und um elektrochemische Parameter abzuschätzen. Zuletzt wird das Modell detailliert beschrieben und die errechneten Ergebnisse mit Messdaten verglichen. Die Präzision des Modells ermöglicht es außerdem, weiterführende Betrachtungen hinsichtlich der Adsorptionskinetik sowie hinsichtlich der komplexen Mechanismen in Analytgemischen vorzunehmen.

Abstract in weiterer Sprache

Gas sensors, which are based on the principle of mixed potentials, have the capability to detemine gas components selectively and sensitively. Above all, the materials used are stable to the exhaust gases of combustion processes. However, practically no commercially available system exists. One possible reason could be that there is no quantitative description of the sensor principle that has been investigated for decades. Therefore, this thesis describes the structure of a FEM model which is able to quantitatively describe the signals of mixed potential sensors. For this purpose, the development of a novel sensor principle is presented. It guarantees reproducible measurements with the help of which a comprehensive understanding of the influencing factors and chains of action of the mixed potential formation can be achieved. An electrochemical characterization of the sensors will also be performed in order to qualitatively validate the mechanisms and to estimate electrochemical parameters. Finally, the model is described in detail and the calculated results are compared with measurement data. The precision of the model also allows further considerations regarding the adsorption kinetics as well as the complex mechanisms in analyte mixtures.