1、电化学尾气传技术概述
气体传感器是用于检测介质中气体成分和含量的传感器。按气体传感器的工作特性不同，主要分为电化学气体传感器、光学气体传感器。电化学气体传感技术是以电化学分析技术为基础，利用特定气体在气敏材料表面的氧化还原、吸附等过程所引起的相应的电特性的变化，来对目标气体进行检测的一种分析方法。按检测原理的不同，电化学气体传感器又可分为固体电解质型、原电池型、半导体型、PID光离子化型等。电化学气体传感器广泛应用于各个领域，比如环境污染气体检测、食品工业添加剂检测、交通工具中车辆尾气检测、医疗领域血气分析等。
目前，国外的汽车尾气传感器在技术上已经逐渐趋向成熟，德国罗伯特·博世、美国霍尼维尔、福特、通用、日本丰田、碍子等众多公司都推出了各种功能齐全的汽车尾气传感器产品。我国在汽车尾气传感器领域起步较晚，无论是传感器的响应速度、检测灵敏度、制造工艺质量、可靠性和稳定性都与国外产品具备一定差距。在检测技术上，由于我国公司起步较晚，技术相对不成熟，存在响应时间长、传感器工作温度高、检测精度不够、良品率低等问题。在常规的尾气传感器中，普遍使用陶瓷烧结工艺，烧结多层氧化锆生坯而形成完整的尾气传感器，由于国内公司工艺技术相对不成熟，导致烧结后形成的固体电解质工作温度高、良品率低，一定程度上影响了检测精度；此外，由于固体电解质型气体传感器具有易受环境温度、湿度等影响的特点，相应的传感器曲线的校正技术、相关影响因素的补偿电路、补偿方法等技术不成熟也阻碍了我国尾气传感器的发展。随着气体传感器领域的发展，以及我国对机动车尾气排放要求的不断提高，我国的尾气传感器也正在向较好的方向发展，相关的公司有比亚迪、一汽、成都科锐、常州联德等。但是无论是传感器的灵敏度、稳定性、校正技术、制备工艺与国外大公司仍有一定差距，这主要是由于尾气传感器涉及电学、化学、工艺控制、温度控制、仪器校正等多个领域，对运行的可靠性和器件寿命要求较高。
2、重点专利分析
截至2019年12月31日，在中国大陆申请的涉及汽车尾气传感器的专利申请共525件，其中申请人为中国公司的297件，外国来华申请228件。通过筛选阅读上述专利申请，得到相关领域的重点专利，下面对重点专利进行分析。
电化学尾气传感器相对发展较为成熟，按检测原理的不同主要分为固体电解质型、原电池型、半导体型、PID光离子化型等类型。而汽车用尾气传感器则主要为固体电解质气体传感器。该类型的尾气传感器技术发展较为成熟，对其原理的改进鲜有涉及。国内对于尾气传感器的改进主要集中在制造工艺、传感器结构等方面的改进，通过改进烧结工艺提高产品的良品率、通过改进传感器的结构实现传感器的小型化，这些改进总体上技术含量不高，专利申请被驳回或视为辙回的率较高。而外国公司在华申请，其改进点主要是针对传感器的细节结构、传感器曲线优化校正、传感器控制技术、传感器微型化等方面的改进。通过传感器细节结构的改进，能够减小外界微粒或污染进入传感器内部从而提高传感器稳定性和延长传感器寿命，通过传感器曲线优化校正以及传感器控制方面的改进，能够提高传感器检测的灵敏度降低检测限，通过传感器微型化能够使得传感器耗能极大的减小。可见，国内企业在研发目标上与国外公司还存在一定的不同，鲜有涉及灵敏度和稳定性等尾气传感核心目标的改进。不过，也有中国申请人能够绕过已有框架，采用高活性电化学催化材料制备了混成电位型气体传感器，通过研发高活性的电化学催化剂来提高传感器的灵敏度，进一步发展了固体电解质气体传感器，如已授权专利ZL201610036571X；此外，还有涉及固体电解质类型的改进，由于固体电解质型传感器需要在较高温度下工作，耗能较高，因此改进固体电解质材料能够降低传感器的工作温度，从而减小能耗，如已授权专利ZL2015101952266。
通过对重点专利的分析，可见国外重点公司的专利布局主要有三个方面：一是能够提高传感器稳定性的结构改进、二是能够提高传感器灵敏度的校正和控制方法、三是传感器的微型化和集成化改进。这三个方面也是尾气传感器领域需要突破的重点方向，尤其是传感器的微型化改进，涉及半导体制备工艺在气体传感器领域的应用。除了上述三个方面以外，传感器工作温度的中、低温化也是电化学尾气传感器领域较为现实的需求，降低尾气传感器的工作温度能够减小传感器的响应时间，同时也是节约传感器能耗的重要手段。从上述重点专利的分析来看，国外公司较少有涉及传感器工作温度降低的工作，国内同行在此方向进行突破风险较小。
3、发展建议
针对上述问题，对我国电化学尾气传感器相关领域的发展提出如下建议：
（1）在提高传感器稳定性和精度、降低传感器工作温度等技术要点上进行布局和突破。
（2）研究国外同行在传感器校正、传感器控制等领域的技术要点上的专利申请。
（3）研究借鉴日本和德国企业在车用气体传感器领域的专利申请及布局模式，尝试从较基础专利延伸出具备各种微小改进的较全面的专利体系。
（4）依托具有较强基础研究能力的科研院校或企业，加强基础研究和气体传感器领域人才队伍建设。