Feststoffelektrolytsensoren – von VOC-Sensoren bis zu Sauerstoffsensoren mit extrem langer Lebensdauer

ES1: der kleinste elektrochemische Sensor der Welt

Feststoffelektrolytsensoren sind in Aufbau und Grösse flexibel, da sie keine Flüssigelektrolyte enthalten. Flüssigelektrolytsensoren, die auch als elektrochemische Nasszellen bezeichnet werden, kommen in zahlreichen Anwendungen vom Kraftfahrzeug (Optimierung des Kraftstoffverbrauchs) über die Industrie (Sicherheitsanwendungen) bis hin zur Abgasregelung (Überwachung) zum Einsatz. Der Betrieb und die Lebensdauer der Zelle werden aufgrund des Flüssigelektrolyts wesentlich von der mechanischen Bauweise des Sensors beeinflusst. In den letzten 20 bis 30 Jahren haben sich einige beliebte Zellausführungen auf Basis von Flüssigelektrolyten als Standard durchgesetzt, so beispielsweise die 4er-Reihe (Durchmesser 20 mm) für tragbare Gasanalysegeräte und die 7er-Reihe (Durchmesser 32 mm) für stationäre Gasanalysegeräte. Das Konzept einer trockenen elektrochemischen Zelle auf Grundlage eines Festpolymerelektrolyts hebt nicht nur die designspezifischen Beschränkungen von Gassensoren auf, sondern eröffnet auch zahlreiche neue Einsatzmöglichkeiten, die über die traditionellen Anwendungen für elektrochemische Zellen hinausgehen.

Eine elektrochemische Trockenzelle basiert auf einem Polymer sowie auf chemischen Stoffen für die elektrochemischen Reaktionen in der Polymerschicht. Dadurch ergeben sich innovative neue Zellausführungen. Ein Beispiel für ein solches neues Design sehen Sie in der nachfolgenden Abbildung. Der ES1 ist der kleinste elektrochemische Sensor der Welt. Die Zellgrösse wurde in alle Richtungen reduziert, sodass heute kleinere und kompaktere Gasanalysegeräte gebaut werden können. Die Liste der mit der SPE-Technologie detektierbaren Gase ist lang. Die erste Generation der ES1-Gassensoren wurde für die Emissionskontrolle und die Überwachung von Gasen wie O2, CO, NO2, H2S, H2 sowie von flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) entwickelt.

Die SPE-Technologie ist für Anwendungen mit hohem Durchsatz geeignet, da die einzelnen Schichten auf ein Trägersubstrat aufgedruckt sind. Dabei handelt es sich um eine Innovation im Bereich der Gassensoren, die neue Anwendungen möglich machen, zum Beispiel in Haushaltsgeräten und für eine intelligente Klimasteuerung. Mit dem neuen Konzept ist der Stromverbrauch so niedrig, dass für Produktentwicklungen auf Basis des SPE-Gassensors ES1 der Batteriebetrieb sowie Remote-Anwendungen, für die eine lange Batterielaufzeit gewährleistet sein muss, kein Problem mehr darstellen.

Die ES1-Gassensorserie deckt unterschiedliche Standardmessbereiche ab. Da sich mit der SPE-Technologie aber ganz individuelle Ausführungen verwirklichen lassen, sind auch andere Messbereiche möglich. Weitere Parameter, die für individuelle Anwendungen angepasst werden können, sind die Ansprechzeit des Sensors sowie dessen Empfindlichkeit. Die Sensoren werden individuell kalibriert, und zu jedem Sensor wird ein Prüfbericht mitgeliefert. Die erwartete Lebensdauer eines ES1-Sensors beträgt über drei Jahre.