초록 ▼

□ 최종목표
KAIST에서 발견한 Short Circuit Potential의 원리를 적용하여 자동차 배기가스 중에 존재하는 NO와 NO₂농도의 합을 측정할 수 있는 Total NOx 센서를 개발하고자 한다. 이 원리에 맞는 양극과 음극재료를 발견, 합성하고 성능목표로 일본의 NGK센서와 비교하여 동등이상의 성능을 목표로 한다.

□ 개발내용 및 결과
ㅇ Short Circuit Potential방식 전극물질 개발 - 고온에서도 높은 NOx 반응성을 보이는 NiO, NiO(+YSZ), CuO, CuO+Cr2O₃

□ 최종목표
KAIST에서 발견한 Short Circuit Potential의 원리를 적용하여 자동차 배기가스 중에 존재하는 NO와 NO₂농도의 합을 측정할 수 있는 Total NOx 센서를 개발하고자 한다. 이 원리에 맞는 양극과 음극재료를 발견, 합성하고 성능목표로 일본의 NGK센서와 비교하여 동등이상의 성능을 목표로 한다.

□ 개발내용 및 결과
ㅇ Short Circuit Potential방식 전극물질 개발 - 고온에서도 높은 NOx 반응성을 보이는 NiO, NiO(+YSZ), CuO, CuO+Cr2O₃, LaCoO₃, LaCoO₃(+YSZ) 등의 산화물 감지물질개발
O 산화물 감지 물질의 NO와 NO₂동시반응을 통하여 NOx감지기구 규명
ㅇ 감지물질간에 bias를 가하여 NO와 NO₂의 산화·환원 속도 조절
ㅇ NO와 NO₂에 동일한 신호를 나타내는 Total NOx 센서구조와 측정방법 개발
ㅇ 산소가스 첨가에 따른 Total NOx센서의 감지거동 평가를 통한 산소의존성에 관한 연구
ㅇ CO, HC등의 방해가스효과 평가 및 산화촉매를 통한 방해가스 효과 최소화 방법 연구
ㅇ 다양한 aging 조건에 따른 장기안정성 평가
ㅇ NOx 센서 구동온도 500도 이상 유지하는 마이크로 히터개발 및 센서 패키징 개발 및 디젤엔진 실장 테스트

□ 개발기술의 특징·장점
ㅇ 기존의 감지물질보다 고온에서 안정성이 높으며 감도가 우수한 새로운 감지물질 및 새로운 감지방법의 개 발을 통하여 NOx 를 NO혹은 NO₂로 단일화하는 과정이 필요 없는 NOx센서를 개발
ㅇ NO와 NO₂의 농도를 각기 측정할 수 있는 하나 이상의 셀 개발 및 감지 알고리즘의 개발
ㅇ 감지셀의 개발은 자동차 배기가스내의 NO와 NO₂의 선택적 저감을 가능하게 하여 DeNOx 시스템의 효율을 더욱 높일 수 있을 것으로 기대

□ 기대효과 (기술적 및 경제적 효과)
ㅇ 기술적 측편
- 자동차용 배기가스 규제는 점차 강화되는 추세에 있으며, 이를 만족시키기 위해서는 새로운 NOx저감 시스템이 필수적인데, 또한 이를 효율적으로 운영하기 위해서는 정확하고 실시간으로 NOx농도를 측정하여 feed back하여 줄 수 있는 NOx센서의 개발 및 적용가능
- 자동차용 NOx센서의 개발과정에서 얻을 수 있는 기술은 연료전지 및 2차전지의 개발에 응용되어 신 에너지기술로 이어짐
ㅇ 경제적 효과
- 자동차용 NOx센서의 경우 생산되는 모든 차량중에서 약 25% 가량이 사용하게 된다고 가정하였을 때, 세계시장규모는 약 18억 달러 (2008년 기준). 앞으로 시장규모 또한 꾸준히 향상됨 .

□ 적용분야
NOx 개스배출을 줄이기 위한 DeNOx 시스템인 LNT(Lean NOx Trap)을 사용하는 차량을 비롯하여 SCR(selective catalytic reduction) DeNOx 시스템으로 사용하는 차량

(출처 : 보고서 초록 3p)

Abstract ▼

The short-circuit potential NOx sensors using YSZ (yittria stabilized zirconia) electrolyte and various oxide electrodes were prepared and tested in NOx containing atmosphere at 700°C.
Mixed potential type NOx sensors with NiO(+YSZ) and CuO sensing electrodes were fabricated and their sensing cha

The short-circuit potential NOx sensors using YSZ (yittria stabilized zirconia) electrolyte and various oxide electrodes were prepared and tested in NOx containing atmosphere at 700°C.
Mixed potential type NOx sensors with NiO(+YSZ) and CuO sensing electrodes were fabricated and their sensing characteristics were examined in the presence of mixture gas of NO₂ and NO through EMF measurement and I-V characteristics. The responses of the two sensors were correlated with NO and NO₂ concentrations to elucidate the sensing mechanism of oxide electrode. From the relations between EMF and NO/NO₂ concentrations for each electrode, the measuring method to detect NO, NO₂ and total NOx concentrations was considered.
The sensor with two oxide electrodes showed increased sensitivities to both of NO and NO₂ ，but auxiliary Pt electrodes connected with oxides in parallel enabled to control signal directions and sensitivities to NO and NO₂ under various current biases. The total NOx sensor which has NiO and CuO sensing electrodes in parallel with Pt auxiliary electrodes generated almost the same amount of signal changes to both of NO and NO₂. The application of large Cu particle and NiO-ZnO buffer layer improved the stability of the total NOx sensor. The total NOx sensor is examined an oxygen dependency. The effect of interference gas is reduced by oxide catalyst package.

(출처 : SUMMARY 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 초록 ... 3
• 국문요약문 ... 6
• SUMMARY ... 6
• 목차 ... 7
• 표목차 ... 8
• 그림목차 ... 9
• 제1장 서론 ... 13
• 제1절 연구개발의 중요성 및 필요성 ... 13
• 제2절 연구개발의 국내외 현황 ... 15
• 1. 농담전지식 NOx 센서 (Equilibrium Potentiometric Type) ... 15
• 2. 제한전류식 NOx센서 (Amperometric Type) ... 17
• 3. 혼합전도방식의 NOx센서 (Mixed Potentiometric Type) ... 18
• 제3절 연구개발대상 기술의 차별성 ... 20
• 1. 차별성 ... 20
• 제2장 연구개발의 목표 및 내용 ... 21
• 제1절 연구의 최종목표 ... 21
• 제2절 연도별 연구개발의 목표 및 평가방법 ... 21
• 1. 연구개발 내용 및 목표 ... 21
• 2. 평가의 착안점 및 기준 ... 22
• 제3절 연도별 추진체계 ... 24
• 제3장 연구개발 결과 및 활용계획 ... 25
• 제1절 연구개발 결과 및 토의 ... 25
• 1. NOx센서의 제작 방법 ... 25
• 2. NOx감지특성 평가 방법 ... 28
• 3. 혼합전위 방식 NOx 센서의 새로운 산화물 감지물질 ... 29
• 4. 혼합전위 방식 NOx 센서의 NO와 NO₂ 동시 반응에 따른 특성 평가 ... 34
• 5. 혼합전위 방식 NOx 센서의 산화물 전극의 NOx 감지기구 ... 39
• 6. 바이어스 전류를 가한 혼합전위 NOx센서 ... 44
• 7. 두 개의 산화물 감지전극에 의한 감도 향상 ... 53
• 8. NO와 NO₂의 신호방향 및 크기 조절 ... 66
• 9. NiO와 CuO를 감지전극으로 하는 Total NOx센서 ... 74
• 10. NiO와 LaCoO₃를 감지전극으로 하는 Total NOx센서 ... 80
• 11. Total NOx센서의 산소의존성 ... 87
• 12. Total NOx센서의 방해가스효과 ... 92
• 13. 장기안정성 ... 95
• 14. NOx 센서 패키징기술 개발 ... 99
• 15. 최종보고서 수정보완사항 ... 110
• 제2절 연구개발 결과 요약 ... 112
• 제3절 연도별 연구개발목표의 달성도 ... 112
• 제4절 연도별 연구성과(논문·특허 등) ... 113
• 1. 지적재산권 및 논문게재 ... 113
• 2. 인력지원 ... 113
• 3. 국제학술대회 발표 ... 113
• 제5절 관련분야의 기술발전 기여도 ... 114
• 제6절 연구개발 결과의 활용계획 ... 114
• 제7절 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 114
• 제4장 참고문헌 ... 115
• 부록 ... 118
• 1. 국내외 전문학술지(논문) 게재 성과 ... 118
• 2. 국내외 학술회의(세미나) 게재 성과 ... 120
• 끝페이지 ... 122