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Technischer Bereich
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Diese
Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Festelektrolyten mit
Protonenleitfähigkeit
und auf ein Verfahren zur Herstellung des Festelektrolyten.
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Verwandter Stand der Technik
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Einer
oder mehr Aspekte dieser Erfindung beziehen sich allgemein auf einen
Festelektrolyten mit Protonenleitfähigkeit.
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Im
Allgemeinen ist eine Brennstoffzelle eine Vorrichtung, die elektrische
Energie aus Brennstoff, Wasserstoff und Sauerstoff, erhält. Brennstoffzellensysteme
wurden weitgehend als Energiezufuhrsysteme entwickelt, weil Brennstoffzellen
vom Umweltstandpunkt her überlegen
sind und hohe Energieeffizienz erreichen können.
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In
der Brennstoffzelle, die einen Festelektrolyten mit Protonenleitfähigkeit
einschließt,
wird etwas Wasserstoff, der an einer Anode bereitgestellt ist, zu Protonen
konvertiert, die Protonen werden in den Festelektrolyten geleitet
und reagieren mit Sauerstoff, der an einer Kathode bereitgestellt
ist. Elektrische Energie wird auf diese Weise erzeugt. Diese Brennstoffzelle
weist eine Konstruktion auf, in welcher ein Wasserstoff permeables
Metall und der Festelektrolyt angeordnet sind.
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Die
Veröffentlichung
der
japanischen Patentanmeldung
Nr. 2004-146337 schlägt
zum Beispiel ein Verfahren zum Bilden einer Elektrolytschicht auf einem
Substrat aus dichtem Metall mit Wasserstoffpermeabilität vor. Gemäß diesem
Verfahren ist es möglich,
die Dicke der Elektrolytschicht zu verringern, weil das Metall mit
Wasserstoffpermeabilität dicht
ist.
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Durch
Abscheiden der Elektrolytschicht auf dem Substrat wird jedoch die
Trennflächenfestigkeit zwischen der
Elektrolytschicht und dem Substrat verringert. Es ist daher möglich, dass
eine Grenzseparation zwischen der Elektrolytschicht und dem Substrat auftritt.
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Verschiedene
Aspekte dieser Erfindung wurden angesichts der zuvor genannten Umstände gemacht.
Einer oder mehr Aspekte der Erfindung stellen einen Festelektrolyten
zur Verfügung,
in welchem eine Grenzseparation zwischen einer Festelektrolytschicht
mit Protonenleitfähigkeit
und einem Metallsubstrat mit Wasserstoffpermeabilität nicht
auftritt.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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In
exemplarischen Ausführungsformen schließt ein Festelektrolyt
einen Metallteil mit Wasserstoffpermeabilität und einen Metalloxidteil
mit Protonenleitfähigkeit
ein. Der Metallteil und der Metalloxidteil werden integral gebildet.
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In
exemplarischen Ausführungsformen
bezieht ein Verfahren zur Herstellung eines Festelektrolyten das
Bereitstellen eines Wasserstoff permeablen Metallsubstrats, das
ein Ventilmetall aufweist, welches mindestens einen Teil davon bildet,
und nachfolgendes Bilden eines Metalloxidteils mit Protonenleitfähigkeit
durch Anodisieren mindestens eines Teils des Ventilmetalls ein.
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Effekt der Erfindung
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In Übereinstimmung
mit der Erfindung wird eine Grenzfläche, die zwischen einem Metalloxidteil und
einem Metallteil gebildet ist, beschränkt. Die Ablösefestigkeit
zwischen dem Metalloxidteil und dem Metallteil wird erhöht.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
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Exemplarische
Ausführungsformen
von einer oder mehr Aspekten der Erfindung werden unter Bezug auf
die folgenden Zeichnungen beschrieben, worin:
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1 eine
schematische Ansicht eines exemplarischen Festelektrolyten in Übereinstimmung mit
der ersten Ausführungsform
darstellt;
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2A bis 2C ein
Verfahren zur Herstellung eines Festelektrolyten in Übereinstimmung mit
der ersten Ausführungsform
darstellen;
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3 eine
schematische Ansicht des Festelektrolyten in Übereinstimmung mit der zweiten
Ausführungsform
darstellt;
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4A bis 4D ein
Verfahren zur Herstellung des Festelektrolyten in Übereinstimmung
mit der zweiten Ausführungsform
darstellen;
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5 eine
schematische Ansicht des Festelektrolyten in Übereinstimmung mit einer dritten
Ausführungsform
darstellt; und
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6A bis 6D ein
Verfahren zur Herstellung des Festelektrolyten in Übereinstimmung
mit der dritten Ausführungsform
darstellen.
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BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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Erste Ausführungsform
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1 stellt
eine schematische Ansicht eines Festelektrolyten 100 in Übereinstimmung
mit einer ersten Ausführungsform
dar. Wie in 1 gezeigt wird, kann der Festelektrolyt 100 einen
Aufbau aufweisen, in welchem ein Festelektrolytteil 1 und
ein Wasserstoff permeabler Metallteil 2 integral gebildet sein
können.
Das heißt,
es gibt keine physikalische Trennfläche zwischen dem Festelektrolytteil 1 und dem
Wasserstoff permeablen Metallteil 2. Der Festelektrolytteil 1 kann
aus einem Metalloxid mit Protonenleitfähigkeit gebildet sein. Der
Wasserstoff permeable Metallteil 2 kann aus einem Wasserstoff
permeablen Metall gebildet sein. Das Metall, welches den Festelektrolytteil 1 bildet,
kann das gleiche wie das Metall sein, welches den Wasserstoff permeablen Metallteil 2 bildet.
In dieser Ausführungsform kann
Tantaloxid für
den Festelektrolytteil 1 und Tantal für den Wasserstoff permeablen
Metallteil 2 verwendet werden.
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In
dem Festelektrolyt 100 in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform
wird eine Grenzfläche,
die an einer Grenze zwischen den Festelektrolytteil 1 und
dem Wasserstoff permeablen Metallteil 2 gebildet ist, beschränkt werden,
weil der Festelektrolytteil 1 und der Wasserstoff permeable
Metallteil 2 integral gebildet sind. Eine Ablösefestigkeit
zwischen dem Festelektrolytteil 1 und dem Wasserstoff permeablen
Metallteil 2 wird auf diese Weise erhöht. Zusätzlich wird eine Grenzfläche, die
an einer Grenze zwischen dem Festelektrolytteil 1 und dem
Wasserstoff permeablen Metallteil 2 gebildet ist, beschränkt, weil
das Metall, welches den Festelektrolytteil 1 bildet, das
gleiche ist wie das Metall, welches den Wasserstoff permeablen Teil 2 bildet.
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2A bis 2C stellen
ein Verfahren zur Herstellung des Festelektrolyten 100 dar.
Wie in 2A gezeigt wird, kann ein Wasserstoff
permeables Metallsubstrat 10 bereitgestellt sein. Das Wasserstoff
permeable Metallsubstrat 10 kann zum Beispiel aus einem
Wasserstoff permeablen Ventilmetall wie Tantal oder dergleichen
gebildet sein. Wie es hierhin verwendet wird, bedeutet das Ventilmetall
das Metall, das durch Anodisierung oxidiert werden kann.
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Als
nächstes
kann, wie in 2B gezeigt wird, eine Fläche, welche
der einen Fläche
des Wasserstoff permeablen Metallsubstrats 10 benachbart ist,
einer anodischen Oxidationsbehandlung unterzogen werden. Die Fläche kann
auf diese Weise oxidiert werden. Der Festelektrolytteil 1 kann
auf diese Weise benachbart zu der Fläche des Wasserstoff permeablen
Metallsubstrats 10 gebildet sein, wie in 2C gezeigt
wird. In diesem Fall ist es möglich, die
Fläche,
welche der Fläche
der Wasserstoff permeablen Metallsubstrat 10 benachbart
ist, durch Maskieren eines Teils mit einem Band mit Ausnahme eines
der anodischen Oxidationsbehandlung zu unterziehenden Teils zu oxidieren.
Der Festelektrolyt 100 kann durch die zuvor genannten Vorgänge hergestellt
werden.
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In
dieser Ausführungsform
wird der Festelektrolytteil 1 gleichmäßig gebildet, weil das Wasserstoff permeable
Metallsubstrat 10 durch ein anodisches Oxidationsverfahren
oxidiert wird. Zusätzlich
werden die Herstellungskosten des Festelektrolyten 100 verringert,
weil es nicht notwendig ist, eine Vakuumbedingung in einem Fall
eines CVD-Verfahrens, PVD-Verfahrens,
Sputter-Verfahrens oder dergleichen zu erzeugen. Ferner wird verhindert,
dass die Grenzflächenseparation
zwischen dem Festelektrolytteil 1 und dem Wasserstoff permeablen
Metallteil 2 aufgrund des Unterschieds zwischen den thermischen
Ausdehnungskoeffizienten dieser Teile auftritt, weil es nicht notwendig
ist, das Wasserstoff permeable Metallsubstrat bei der anodischen
Oxidationsbehandlung zu erhitzen.
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Zusätzlich werden
der Festelektrolytteil 1 und der Wasserstoff permeable
Metallteil 2 integral gebildet, weil der Festelektrolytteil 1 und
der Wasserstoff permeable Metallteil 2 aus dem Wasserstoff
permeablen Metallsubstrat 10 gebildet werden. Die Grenzfläche, die
an der Grenze zwischen dem Festelektrolytteil 1 und dem
Wasserstoff permeablen Metallteil 2 gebildet ist, wird
auf diese Weise beschränkt. Demzufolge
wird die Ablösefestigkeit
zwischen dem Festelektrolytteil 1 und dem Wasserstoff permeablen Metallteil 2 erhöht. Ferner
werden die Herstellungskosten des Festelektrolyten 100 verringert,
weil ein Einzelkomponenten-Metallsubstrat lediglich als Wasserstoff
permeables Metallsubstrat 10 bereitgestellt wird.
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Zusätzlich kann
das Wasserstoff permeable Metallsubstrat 10 ein anderes
Ventilmetall wie Zirkonium, Titan, Aluminium oder dergleichen einschließen, welches
eine niedrigere Valenz aufweist. In diesem Fall wird eine Sauerstoffleerstelle
in dem Festelektrolytteil 1 durch Anodisieren des Wasserstoff
permeablen Metallsubstrats 10 gebildet. Die Protonenleitfähigkeit
des Festelektrolytteil 1 wird auf diese Weise verbessert.
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In
dieser Ausführungsform
entspricht der Wasserstoff permeable Metallteil 2 dem Metallteil und
der Festelektrolytteil 1 dem Metalloxidteil.
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Zweite Ausführungsform
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3 stellt
eine schematische Ansicht eines Festelektrolyten 100a in Übereinstimmung
mit einer zweiten Ausführungsform
dar. Wie in 3 gezeigt wird, kann der Festelektrolyt 100a einen
Aufbau aufweisen, in welchen ein Ventilmetallteil 22 zwischen einem
Festelektrolytteil 21 und einem Wasserstoff permeablen
Metallteil 23 kernverbunden ist. Der Festelektrolytteil 21,
der Ventilmetallteil 22 und der Wasserstoff permeable Metallteil 23 können integral
gebildet sein. Der Ventilmetallteil 22 kann metallurgisch an
den Wasserstoff permeablen Metallteil 23 gebunden sein.
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Der
Festelektrolytteil 21 kann aus einem Metalloxid mit Protonenleitfähigkeit
gebildet sein. Der Ventilmetallteil 22 kann aus einem Ventilmetall
gebildet sein. Der Wasserstoff permeable Metallteil 23 kann
aus einem Wasserstoff permeablen Metall gebildet sein. Das Metall,
welches den Festelektrolytteil 21 bildet, kann das gleiche
sein wie das Metall, welches den Ventilmetallteil 22 bildet.
In dieser Ausführungsform
kann Tantaloxid für
den Festelektrolytteil 21 verwendet werden, Tantal kann
für den
Ventilmetallteil 22 verwendet werden und Vanadium oder
dergleichen kann für
den Wasserstoff permeablen Metallteil 23 verwendet werden.
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In
dem Festelektrolyten 100a in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform
wird eine Grenzfläche,
die an eine Grenze zwischen dem Festelektrolytteil 21 und
dem Ventilmetallteil 22 gebildet ist, beschränkt, weil
der Festelektrolytteil 21 und der Ventilmetallteil 22 integral
gebildet sind. Eine Ablösefestigkeit
zwischen dem Festelektrolytteil 21 und dem Ventilmetallteil 22 wird
auf diese Weise erhöht.
Zusätzlich
wird die Grenzflächenfestigkeit
zwischen dem Festelektrolytteil 21 und dem Ventilmetallteil 22 gesteigert,
weil der Ventilmetallteil 22 metallurgisch an den Wasserstoff
permeablen Metallteil 23 gebunden ist. Die Ablösefestigkeit
zwischen dem Ventilmetallteil 22 und dem Wasserstoff permeablen 23 wird auf
diese Weise gesteigert.
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Ferner
kann das Metall, welches den Wasserstoff permeablen Metallteil 23 bildet,
kein Ventilmetall sein. Der Bereich der Auswahl an Materialien für den Wasserstoff
permeablen Metallteil 23 wird auf diese Weise verbreitert.
Zum Beispiel kann ein kostengünstiges
Metall wie Vanadium für
den Wasserstoff permeablen Metallteil 23 verwendet werden.
Die Herstellungskosten können
auf diese Weise verringert werden.
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Zusätzlich ist
Vanadium leicht zu oxidieren, aber Tantal weist einen Oxidationswiderstand
auf. Es wird auf diese Weise verhindert, dass der Wasserstoff permeable
Metallteil 23 durch Sauerstoff des Festelektrolytteils 21 oxidiert
wird.
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4A bis 4D stellen
ein Verfahren zur Herstellung des Festelektrolyten 100a dar.
Wie in 4A gezeigt wird, kann ein Wasserstoff
permeables Metallsubstrat 30 bereitgestellt sein. Das Wasserstoff
permeable Metallsubstrat 30 kann zum Beispiel aus einem
Metall wie Vanadium gebildet sein. Als nächstes kann, wie in 4B gezeigt
wird, eine Ventilmetallschicht 31 auf einer Fläche des
Wasserstoff permeablen Metallsubstrats 30 durch ein Sputter-Verfahren
oder dergleichen gebildet werden. Die Ventilmetallschicht 31 kann
aus einem Ventilmetall wie Tantal gebildet sein. Dann kann, wie
in 4C gezeigt wird, eine Fläche, welche einer Fläche der Ventilmetallschicht 31 benachbart
ist, anodischer Oxidationsbehandlung unterzogen werden. Die Fläche kann
auf diese Weise oxidiert werden. In diesem Fall ist es möglich, die
Fläche,
welche die Fläche
der Ventilmetallschicht 31 benachbart ist, durch Maskieren
eines Teils mit einem Band mit Ausnahme eines der anodischen Oxidationsbehandlung
zu unterziehenden Teils oxidiert werden. Wie in 4D gezeigt wird,
kann der Festelektrolytteil 21 und der Ventilmetallteil 22 aus
der Ventilmetallschicht 31 gebildet sein. Der Wasserstoff
permeable Metallteil 23 kann ebenso dem Wasserstoff permeablen
Metallsubstrat 30 entsprechen. Der Festelektrolyt 100a kann
durch die zuvor genannten Vorgänge
hergestellt werden.
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Wie
vorstehend bemerkt wurde, werden das Ventilmetallteil 22 und
der Festelektrolytteil 32 gleichmäßig gebildet, weil der Ventilmetallteil 22 und
der Festelektrolytteil aus der Ventilmetallschicht 33 gebildet
werden. Eine Grenzfläche,
die an einer Grenze zwischen dem Ventilmetallteil 22 und
dem Festelektrolytteil 21 gebildet ist, wird auf diese
Weise beschränkt.
Zusätzlich
ist das Wasserstoff permeable Metallsubstrat 30 metallurgisch
an die Ventilmetallschicht 31 gebunden, weil die Ventilmetallschicht 31 auf
der Fläche
des Wasserstoff permeablen Metallsubstrats 30 durch Sputtern
gebildet wurde. Die Trennflächenfestigkeit
zwischen dem Ventilmetallteil 22 und dem Wasserstoff permeablen
Metallteil 23 wird auf diese Weise gesteigert.
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Zusätzlich kann
die Ventilmetallschicht 31 andere Ventilmetalle wie Zirkonium,
Titan, Aluminium oder dergleichen einschließen, die eine niedrige Valenz
aufweisen. In diesem Fall wird eine Sauerstoffleerstelle in dem
Festelektrolytteil 21 durch Anodisieren der Ventilmetallschicht 31 gebildet.
Die Protonenleitfähigkeit
des Festelektrolytteils 21 wird verbessert.
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In
dieser Ausführungsform
entspricht der Ventilmetallteil 22 dem Metallteil, der
Festelektrolytteil 21 entspricht dem Metalloxidteil, und
der Wasserstoff permeable Metallteil 23 entspricht dem
zweiten Metallteil.
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Dritte Ausführungsform
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5 stellt
eine schematische Ansicht eines Festelektrolyten 100b in Übereinstimmung
mit einer dritten Ausführungsform
dar. Wie in 5 gezeigt wird, kann der Festelektrolyt 100b einen
Aufbau aufweisen, in welchem ein Festelektrolytteil 41 und
ein Wasserstoff permeabler Teil 42 integral gebildet sind. Der
Festelektrolytteil 41 kann aus einem Metalloxid mit Protonenleitfähigkeit
gebildet sein. Der Wasserstoff permeable Metallteil 42 kann
aus einem Wasserstoff permeablen Metall gebildet sein. Das Metall, welches
den Festelektrolytteil 21 bildet, kann das gleiche wie
das Metall sein, welches dem Wasserstoff permeablen Metallteil 42 bildet.
In diese Ausführungsform
kann Tantaloxid für
den Festelektrolytteil 41 und Palladium für den Wasserstoff
permeablen Metallteil 42 verwendet werden. In dem Festelektrolytteil 100b in Übereinstimmung
mit dieser Ausführungsform
wird eine Ablösefestigkeit
zwischen dem Festelektrolytteil 41 und dem Wasserstoff
permeablen Metallteil 42 gesteigert, weil der Festelektrolytteil 41 und
der Wasserstoff permeable Metallteil 42 integral gebildet
sind.
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Zusätzlich kann
Palladium molekularen Wasserstoff dissoziieren. Der Wasserstoff
permeable Metallteil 42 kann ebenso molekularen Wasserstoff
dissoziieren, wenn Palladium für
den Wasserstoff permeablen Metallteil 42 verwendet wird.
Es ist folglich nicht notwendig, eine Anode bereitzustellen, wenn eine
Brennstoffzelle hergestellt wird. Die Herstellungskosten der Brennstoffzelle,
welche den Festelektrolyten 100b einschließt, kann
folglich verringert werden.
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Ferner
ist ein Koeffizient des Schwellens durch Wasserstoff von Tantal
größer als
der von Palladium. In dem Festelektrolyten 100b in Übereinstimmung
mit dieser Ausführungsform
wird keine Tantalschicht zwischen dem Wasserstoff permeablen Metallteil 42 und
dem Festelektrolytteil 41 gebildet. Es wird folglich verhindert,
dass ein Riss zwischen dem Wasserstoff permeablen Metallteil 42 und
dem Festelektrolytteil 41 auftritt.
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6A bis 6D stellen
ein Verfahren zur Herstellung des Festelektrolyten 100b dar.
Wie in 6A gezeigt wird, kann ein Wasserstoff
permeables Metallsubstrat 50 bereitgestellt sein. Das Wasserstoff
permeable Metallsubstrat 50 kann zum Beispiel aus einem
Metall wie Palladium oder dergleichen gebildet sein. Als nächstes kann,
wie in 6D gezeigt wird, eine Ventilmetallschicht 51 auf
einer Fläche
des Wasserstoff permeablen Metallsubstrats 50 durch ein Sputterverfahren
oder dergleichen gebildet werden. Die Ventilmetallschicht 51 kann
aus einem Ventilmetall wie Tantal oder dergleichen gebildet sein.
Dann kann, wie in 6C gezeigt wird, die gesamte
Ventilmetallschicht 51 anodischer Oxidationsbehandlung unterzogen
werden, und die Gesamtheit der Ventilmetallschicht 51 kann
anodisch oxidiert werden. In diesem Fall ist es möglich, die
gesamte Ventilmetallschicht 51 durch Maskieren des Wasserstoff
permeablen Metallsubstrats 50 mit einem Band zu oxidieren.
Wie in 6D gezeigt wird, kann der Festelektrolytteil 41 aus
der Ventilmetallschicht 51 gebildet sein. Der Wasserstoff
permeable Metallteil 42 kann ebenso dem Wasserstoff permeablen
Metallsubstrat 50 entsprechen. Der Festelektrolyt 100b kann
durch die zuvor genannte Vorgänge
hergestellt werden.
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Wie
vorstehend bemerkt wurde, wird das Wasserstoff permeable Metallsubstrat 50 metallurgisch
an die Ventilmetallschicht 51 gebunden, weil die Ventilmetallschicht 51 auf
der Fläche
des Wasserstoff permeablen Metallsubstrates 50 gebildet
ist. Die Trennflächenfestigkeit
zwischen dem Festelektrolytteil 41 nach der anodischen
Oxidation und dem Wasserstoff permeablen Metallteil 42 wird
auf diese Weise gesteigert.
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Zusätzlich kann
die Ventilmetallschicht 51 ein anderes Ventilmetall wie
Zirkonium, Titan, Aluminium oder dergleichen einschließen, die
niedrigere Valenz aufweisen. In diesem Fall wird eine Sauerstoffleerstelle
in dem Festelektrolytteil 41 durch Anodisieren der Ventilmetallschicht 51 gebildet.
Die Protonenleitfähigkeit
des Festelektrolytteils 41 wird verbessert.
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In
dieser Ausführungsform
entspricht der Wasserstoff permeable Metallteil 42 dem
Metallteil und der Festelektrolytteil 41 dem Metalloxidteil.
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Durch
die folgende Beschreibung werden eine Anzahl von spezifischen Konzepten
und Strukturen dargelegt, um ein sorgfältiges Verständnis der Erfindung
bereitzustellen. Die Erfindung kann praktisch ohne die Ausnutzung
aller dieser spezifischen Konzepte und Strukturen ausgeführt werden.
In anderen Fällen
wurden wohl bekannte Elemente nicht gezeigt oder im Detail beschrieben,
so dass das Hauptaugenmerk auf die Erfindung fokussiert werden kann.
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Der
Festelektrolyt gemäß einem
oder mehreren Aspekten der Erfindung kann ein Metallteil mit Wasserstoffpermeabilität und ein
Metalloxidteil mit Protonenleitfähigkeit
aufweisen. Der Metallteil und der Metalloxidteil können integral
gebildet sein.
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In
exemplarischen Ausführungsformen
wird eine Grenzfläche,
die an einer Grenze zwischen dem Metalloxidteil und dem Metallteil
gebildet ist, beschränkt,
weil der Metalloxidteil und der Metallteil integral gebildet sind.
Eine Ablösefestigkeit
zwischen dem Metalloxidteil und dem Metallteil wird auf diese Weise
erhöht.
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In
exemplarischen Ausführungsformen
kann der Metallteil an den Metalloxidteil grenzen, und ein Metall,
welches den Metallteil bildet, kann das gleiche wie ein Metallteil
sein, das den Metalloxidteil bildet. In diesem Fall wird die Grenzfläche, die
an der Grenze zwischen dem Metalloxidteil und dem Metallteil gebildet
ist, beschränkt.
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In
exemplarischen Ausführungsformen
kann der Festelektrolyt ferner einen zweiten Metallteil mit Wasserstoffpermeabilität einschließen. Der
zweite Metallteil, der Metallteil und der Metalloxidteil können ebenso
in Abfolge aneinandergrenzen, und ein Metall, welches den Metallteil
bildet, kann das gleiche wie ein Metall sein, welches den Metalloxidteil
bildet. In diesem Fall wird der zweite Metallteil metallurgisch an
den Metallteil gebunden. Eine Trennflächenfestigkeit zwischen dem
zweiten Metallteil und dem Metallteil wird auf diese Weise gesteigert.
Demzufolge wird eine Ablösefestigkeit
zwischen dem zweiten Metallteil und dem Metallteil erhöht. Zusätzlich werden
die Herstellungskosten verringert, wenn ein kostengünstiges
Metall für
den zweiten Metallteil verwendet und die Dicke des Metallteils verringert
wird. Ferner wird die Oxidation des zweiten Metallteils begrenzt,
weil der Metallteil zwischen dem zweiten Metallteil und dem Festelektrolytteil
bereitgestellt ist.
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Das
Verfahren zur Herstellung eines Festelektrolyten gemäß einer
oder mehrerer Aspekte der Erfindung kann Bereitstellen eines Wasserstoff
permeablen Metallsubstrats, das ein Ventilmetall aufweist, welches
mindestens einen Teil davon bildet, und aufeinander folgendes Bilden
eines Metalloxidteils mit Protonenleitfähigkeit durch Anodisieren mindestens
einen Teils des Ventilmetalls einschließen.
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In
den exemplarischen Ausführungsformen werden
der Metalloxidteil und das Wasserstoff permeable Metallsubstrat
integral gebildet. Eine Grenzfläche,
die an einer Grenze zwischen dem Metalloxidteil und dem Wasserstoff
permeablen Metallsubstrat gebildet ist, wird folglich beschränkt. Demzufolge wird
eine Ablösefestigkeit
zwischen dem Metalloxidteil und dem Wasserstoff permeablen Metallteil
erhöht.
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In
exemplarischen Ausführungsformen
kann das Wasserstoff permeable Metallsubstrat ein Ventilmetall mit
Wasserstoffpermeabilität
einschließen.
In diesem Fall ist das Metall, welches den Metalloxidteil bildet,
das gleiche wie das Metall, welches das Wasserstoff permeable Metallsubstrat
bildet. Die Grenzfläche,
die an einer Grenze zwischen dem Wasserstoff permeablen Metallsubstrat
und den Metalloxidteil gebildet ist, wird folglich beschränkt. Zusätzlich werden
die Herstellungskosten des Festelektrolyten in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung verringert, weil ein Einzelkomponenten-Metailsubstrat lediglich als Wasserstoff
permeables Metallsubstrat bereitgestellt wird.
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In
exemplarischen Ausführungsformen
kann Bereitstellen eines Wasserstoff permeablen Metallsubstrats
Bilden eines Ventilmetallteils mit Wasserstoffpermeabilität auf der
einen Fläche
des Wasserstoff permeablen Metallsubstrats einschließen. In diesem
Fall werden ein Ventilmetallteil und ein Metalloxidteil integral
gebildet. Eine Grenzfläche,
die an einer Grenze zwischen dem Ventilmetallteil und dem Metalloxidteil
gebildet ist, wird folglich beschränkt. Demzufolge wird eine Ablösefestigkeit
zwischen dem Metalloxidteil und dem Ventilmetallteil erhöht. Zusätzlich wird
das Wasserstoff permeable Metallsubstrat metallurgisch an den Ventilmetallteil
gebunden. Eine Trennflächenfestigkeit
zwischen dem Ventilmetallteil und dem Wasserstoff permeablen Metallsubstrat
wird auf diese Weise erhöht.
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In
exemplarischen Ausführungsformen
kann das Bereitstellen eines Wasserstoff permeablen Metallsubstrates
Bilden eines Ventilmetallteils mit Wasserstoffpermeabilität auf einer
Fläche
des Wasserstoff permeablen Metallsubstrates einschließen, und Bilden
des Metalloxidteils kann Bilden eines Metalloxidteils mit Protonenleitfähigkeit
durch Anodisieren des gesamten Ventilmetallteils einschließen. In
diesem Fall wird verhindert, dass ein Riss zwischen dem Wasserstoff
permeablen Metallsubstrat und dem Metalloxidteil selbst aufgrund
eines Koeffizienten der Wasserstoffausdehnung des Metalls, welches
das Wasserstoff permeable Metallsubstrat bildet, und des Metalls,
welches das Ventilteil bildet, auftritt.
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Zusammenfassung
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Ein
Festelektrolyt schließt
ein Metallteil mit Wasserstoffpermeabilität und ein Metalloxidteil mit Protonenleitfähigkeit
ein. Der Metallteil und der Metalloxidteil sind integral gebildet.
Eine Grenzfläche, die
an einer Grenze zwischen dem Wasserstoff permeablen Metallteil und
dem Festelektrolytteil gebildet ist, wird beschränkt, weil der Wasserstoff permeable Metallteil
und der Festelektrolytteil integral gebildet sind. Eine Ablösefestigkeit
zwischen dem Wasserstoff permeablen Metallteil und dem Festelektrolytteil wird
erhöht.