專利名稱：一種固體氧化物燃料電池電極/夾層/電解質結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種固體氧化物燃料電池，尤其是涉及一種通用的高活性、高穩(wěn)定性中溫固體氧化物燃料電池電極/夾層/電解質結構。
背景技術：
燃料電池是一種化學能-電能轉換裝置，可以連續(xù)地將化學能高效地轉換為電能。實際使用效率是普通熱機的2-3倍。中溫固體氧化物燃料電池(ITSOFC)是一種高效、環(huán)境友好的電能生產方式。然而電池操作溫度的降低引起電極活性的迅速下降，因此開發(fā)高性能的中溫電極材料是目前人們研究的一個重點。Ishihara發(fā)明的鎵酸鑭系列材料(美國專利，No.6586127B1)是性能非常好的一類中溫電解質，由于該電解質的發(fā)明時間較短，缺少相應的電極材料的研制。
文獻中已經報道利用夾層提高以摻雜的鎵酸鑭為電解質的固體氧化物燃料電池鎳陽極性能的方法(王世忠等，物理化學學報，2003，19(9)849)，所用的夾層材料為鍶摻雜的氧化鈰(SDC)等高氧離子電導材料，其原理為通過改變電極/電解質界面的氧傳輸活性提高電極的性能。該方法由于加入的SDC夾層材料與摻雜的鎵酸鑭電解質的物理、化學性質不同，在電池制備過程以及長期運行過程中會發(fā)生夾層與電解質之間的反應，而且夾層與電解質之間的熱膨脹系數(shù)存在差別，在夾層的制備過程以及電池升、降溫過程中會發(fā)生夾層與電解質的剝離或斷裂。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于針對已有的固體氧化物燃料電池電極性能不佳的缺點，提供一種通用的、高活性、高穩(wěn)定性的，可顯著提高電極性能的中溫固體氧化物燃料電池電極/夾層/電解質結構。
本發(fā)明設有電極、夾層和電解質，夾層位于電極與電解質之間，夾層的組成與電解質相同。所說的電解質為摻雜的鎵酸鑭，具有相同或相近的Lax1Re1-x1Gax2Mgx3M1-x2-x3Ox4最簡式(Re為Sr、Ca、Ba等堿土金屬，M為Fe、Co、Ni等過渡金屬，x1，x2，x3，x4為計量數(shù))，并具有高氧離子電導率，所說的相近是指僅計量數(shù)發(fā)生變動，所說的高氧離子電導率是指電池運行溫度下的電導率高于0.01S.cm-1。
所說的電極為混合導體陰極，或金屬陽極，或混合導體陰極與氧離子導體，或混合導體陰極與氧離子-電子混合導體，或金屬陽極與氧離子導體，或金屬陽極與氧離子-電子混合導體形成的復合電極。所說的混合導體陰極為LnxSr1-xCoO3(Ln為稀土元素，x＝0.9-0.5)或LnxSr1-xCoyFe1-yO3(Ln為稀土元素，x＝0.9-0.5，y＝0-1)混合導體氧化物；所說的金屬陽極為鎳金屬陽極；所說的復合電極是LnxSr1-xCoO3(Ln為稀土元素，x＝0.9-0.5)或LnxSr1-xCoyFe1-yO3(Ln為稀土元素，x＝0.9-0.5，y＝0-1)混合導體氧化物材料或鎳金屬陽極與摻雜的鎵酸鑭電解質具有一致或相近的Lax1Re1-x1Gax2Mgx3M1-x2-x3Ox4最簡式(Re為Sr、Ca、Ba等堿土金屬，M為Fe、Co、Ni等過渡金屬，x1，x2，x3，x4為計量數(shù))，并具有高氧離子電導率材料混合形成的復合電極。
所說的電解質為摻雜的鎵酸鑭，具有Lax1Re1-x1Gax2Mgx3M1-x2-x3Ox4最簡式(Re為Sr、Ca、Ba等堿土金屬，M為Fe、Co、Ni等過渡金屬，x1，x2，x3，x4為計量數(shù))，并具有高氧離子電導率。夾層的組成與摻雜的鎵酸鑭電解質一致或相近。
本發(fā)明通過采用在電極/電解質界面之間加入與電解質具有相同或相近的Lax1Re1-x1Gax2Mgx3M1-x2-x3Ox4最簡式(Re為Sr、Ca、Ba等堿土金屬，M為Fe、Co、Ni等過渡金屬，x1，x2，x3，x4為計量數(shù))，并具有高氧離子電導率夾層顯著提高了電極的活性，其原理為通過夾層的加入改變了電解質的表面結構，以具有好的三相界面(氣相/電極/電解質)以及兩相界面(電極/電解質)結構的電極/夾層界面取代電極/電解質界面成為關鍵反應區(qū)域，從而提高了電極的活性。由于夾層與摻雜的鎵酸鑭電解質具有相同或相近的組成，因此具有高度的化學以及熱相容性，而且夾層與電極具有非常高的界面結合程度，從而使電極/夾層/電解質結構具有高的穩(wěn)定性。當電極是混合導體陰極或金屬陽極電極材料同與摻雜的鎵酸鑭電解質具有一致或相近的Lax1Re1-x1Gax2Mgx3M1-x2-x3Ox4最簡式(Re為Sr、Ca、Ba等堿土金屬，M為Fe、Co、Ni等過渡金屬，x1，x2，x3，x4為計量數(shù))，并具有高氧離子電導率材料混合形成的復合電極，可以進一步形成電解質-夾層-復合電極三者中具有高氧離子電導率的摻雜的鎵酸鑭材料的網(wǎng)絡結構使電極具有高度的電化學活性與穩(wěn)定性。
本發(fā)明的原理是利用在摻雜的鎵酸鑭電解質與電極之間制備一個與摻雜的鎵酸鑭電解質具有相同的Lax1Re1-x1Gax2Mgx3M1-x2-x3Ox4最簡式(Re為Sr、Ca、Ba等堿土金屬，M為Fe、Co、Ni等過渡金屬，x1，x2，x3，x4為計量數(shù))，并具有高氧離子電導率材料粉末的夾層，改變了電解質表面形貌以及與電極的燒結性能，其結果為夾層作為一個電解質與電極之間的過渡層改變了電極與電解質界面的微觀結構，增加了氣相/電極/電解質三相界面長度以及電極/電解質兩相界面的面積。其最終結果為以電極/夾層界面取代電極/電解質界面成為反應的關鍵活性區(qū)域。三相界面長度的增加可以直接提供新的活性反應位，提高電極性能。兩相界面面積的增加可以提高氧離子的輸運能力，可以顯著提高受氧離子傳輸控制反應的速度。由于夾層材料與摻雜的鎵酸鑭電解質具有相同或相近組成與結構，從而具有高度的化學與熱相容性，可以確保電解質/夾層的穩(wěn)定性。由于電極/夾層具有好的界面結構，可以提高電極的穩(wěn)定性。當電極采用電極材料本身與夾層材料粉末混合而制備的復合電極后，可以進一步形成電解質-夾層-復合電極三者中摻雜的鎵酸鑭高氧離子電導材料的網(wǎng)絡結構，使電極具有高度的電化學活性與穩(wěn)定性。
本發(fā)明是針對以摻雜的鎵酸鑭為電解質的固體氧化物燃料電池給出了一個通用的提高電極性能的方法，通過在電極/電解質界面中間制備一層與摻雜的鎵酸鑭電解質具有相同的Lax1Re1-x1Gax2Mgx3M1-x2-x3Ox4最簡式(Re為Sr、Ca、Ba等堿土金屬，M為Fe、Co、Ni等過渡金屬，x1，x2，x3，x4為計量數(shù))，并具有高氧離子電導率材料夾層顯著提高了電極的電化學活性以及穩(wěn)定性。電極可以為LnxSr1-xCoO3(Ln為稀土元素，x＝0.9-0.5)或LnxSr1-xCoyFe1-yO3(Ln為稀土元素，x＝0.9-0.5，y＝0-1)混合導體氧化物，或者鎳金屬陽極，以及上述電極材料同與摻雜的鎵酸鑭電解質具有相同的Lax1Re1-x1Gax2Mgx3M1-x2-x3Ox4最簡式(Re為Sr、Ca、Ba等堿土金屬，M為Fe、Co、Ni等過渡金屬，x1，x2，x3，x4為計量數(shù))，并具有高氧離子電導率材料粉末混合制成的復合電極。


圖1為負載有不同溫度焙燒LSGMC5夾層的LSGMC5電解質上的SSC-LSGMC5(15wt％)電極截面SEM圖(a)無夾層，(b)1573K夾層，(c)1673K夾層，(d)1748K夾層。
圖2為973K、氧氣中負載有不同溫度焙燒LSGMC5夾層的LSGMC5電解質上的SSC-LSGMC5(15wt％)電極的極化曲線1a 1673K，1b 1748K，1c 1573K，2無夾層樣品。
圖3為負載有1673K焙燒LSGMC5夾層的LSGMC5電解質上的SSC-LSGMC5(15wt％)電極極化前后、氧氣中、不同溫度下的電極極化電阻。
圖4為973K、氧氣中負載有LSGMC5或LSGMC9夾層的LSGMC5電解質上的SSC-LSGMC5(15wt％)電極的交流阻抗譜a LSGMC5，b LSGMC9，c無夾層。
圖5為1053K、空氣中負載有LSGMC5夾層的LSGM9182電解質上的LSCF8282-LSGMC5(15wt％)陰極的極化曲線。
圖6為873K、氫氣中負載有LSGMC5夾層的LSGM9182電解質上的Ni-LSGMC9(10wt％)陽極的極化曲線。
具體實施例方式
以下實施例將結合附圖進一步說明本發(fā)明所述的夾層結構以及對電極活性與穩(wěn)定性的提高。
實施例1實施例1制備了負載于La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.15Co0.05O3(LSGMC5)電解質上的不同溫度燒結的LSGMC5夾層，并在夾層上燒結了Sm0.5Sr0.5CoO3-La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.15Co0.05O3(SSC-LSGMC5(15wt％))復合電極材料，考察了LSGMC5夾層焙燒溫度對于電極、夾層以及電極/夾層/電解質界面的影響。
La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.15Co0.05O3(LSGMC5)電解質用固相合成法合成，所用的初始原料為La2O3(99.99％質量分數(shù)，下同)、SrCO3(99.5％)、MgO(99.5％)、Ga2O3(99.99％)及CoO(99.99％)。上述原料按計量比混合后用研缽研磨0.5h，干燥后在1273K預燒6h。預燒后的樣品在274.6MPa下壓成直徑為2.0cm的圓片，并在空氣中1748K焙燒6h。焙燒后的樣品用磨拋機研磨成均勻的0.3mm厚的薄片。
SSC粉末采用固相法合成，原料為Sm2O3(99.99％)，SrCO3(99.99％)，Co(CH3COO)2.4H2O(99.99％)。原料加酒精用研缽研磨0.5h后，在923-1023K預燒2h。預燒后的樣品加酒精研磨0.5h后，在1273-1373K焙燒6-12h。預燒后的樣品加酒精研磨0.5h后備用。
LSGMC5粉末采用固相合成法合成。將高純(99.99％)的La2O3、Ga2O3、SrCO3、MgO、CoO混合并在酒精介質中球磨12-24h，干燥后在1473-1673K焙燒2-24h。焙燒后，在酒精介質中球磨6-12h，粉末的顆粒度小于10μm。復合電極的制備為直接將上述LSGMC5粉末與電極粉末混合，然后在酒精介質中球磨2-12h。將復合電極材料配成漿料。
首先利用絲網(wǎng)印刷方法在空白電解質的兩側印刷上LSGMC5夾層并在不同溫度(1573K至1748K)焙燒6h，夾層的厚度為2-5μm，然后再在夾層上印刷上具有相同面積的SSC-LSGMC5(15wt％)復合陰極，在1223K空氣條件下焙燒2h。
1223K燒結于LSGMC5電解質表面以及LSGMC5電解質上負載的LSGMC5夾層上SSC-LSGMC5(15wt％)復合電極橫截面的微觀結構示于圖1。由圖1可以看出，SSC復合電極的微觀結構是較為典型的多孔電極，夾層的引入未對電極微觀結構帶來影響。圖1(a)中的結構表明，在沒有夾層存在的情況下，SSC電極與電解質的結合較差，電極與電解質界面之間存在大量的孔洞。圖1(b)為加入1573K焙燒夾層后的電極/電解質夾層的微觀結構。夾層具有多孔結構。圖1(c)為含有1673K焙燒夾層的樣品，從中可以觀察到電解質和電極之間有一層結構致密的薄膜夾層，厚度約為2-5μm，夾層與電解質本體發(fā)生很好的燒結，熔為一體，但仍然可以觀察到夾層與電解質之間存在一個界面。電極與LSGMC5夾層的結合遠優(yōu)于圖1(a)中電極/電解質界面的結合程度。圖1(d)為含有1748K焙燒夾層的樣品，增加的夾層已經完全與電解質熔為一體，夾層與電解質之間沒有明顯的區(qū)分，但比較圖1(a)與(d)可以明顯發(fā)現(xiàn)，加入夾層后電解質表面的粗糙度顯著增加。圖1(d)中電極與夾層的結合程度非常好，與圖1(c)的情況相似，電極/夾層界面的接觸面積及強度均明顯優(yōu)于電極/電解質界面。圖1的結果表明，具有高溫(＞1673K)燒結夾層樣品的電極與夾層的界面具有明顯的燒結現(xiàn)象，并形成延伸到電極內部的骨架結構，而沒有夾層的樣品中電極與電解質的結合非常松散。夾層的引入明顯地增加了電極/電解質/氣相三相界面以及電極/電解質兩相界面。
測試了以上述方法制備的含有夾層的SSC-LSGMC5(15wt％)復合電極的電化學活性，考察了夾層對電極活性的促進作用。電極極化曲線的測試采用文獻中公知的三電極體系，利用恒電位法進行。測試條件為973K氧氣中，結果示于圖2。圖2表明，高溫夾層的摻入顯著提高了電極的活性，在相同的過電位下，含有夾層的電極具有遠高于無夾層電極的極化電流。
利用交流阻抗方法考察了含有1673K焙燒夾層電極的穩(wěn)定性。交流阻抗實驗的測試采用文獻中公知的三電極體系，利用恒電位方式進行。測試條件為973K氧氣中。極化區(qū)間為-600mV至600mV，每100mV極化10min。極化實驗溫度范圍為1073K至873K，每間隔50K為一測量溫度，循環(huán)3次。結果示于圖3。進行了強極化并經過升、降溫循環(huán)后，含有夾層樣品的電極極化電阻與極化前相近，表明夾層樣品具有高的活性與穩(wěn)定性。
實施例1表明在LSGMC5電解質與SSC-LSGMC5(15wt％)電極之間加入與電解質相同的LSGMC5夾層顯著提高了SSC-LSGMC5(15wt％)電極的活性與穩(wěn)定性。
實施例2實施例2在以LSGMC5為電解質電池的SSC-LSGMC5(15wt％)陰極與LSGMC5電解質之間加入與電解質具有相近組成的La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.11Co0.09O3(LSGMC9)夾層材料，測試了電極性能的改變。
LSGMC9夾層粉末的制備過程同實施例1中LSGMC5，夾層燒結溫度為1573-1723K。SSC-LSGMC5陰極制備方法同實施例1。
交流阻抗實驗的測試采用文獻中公知的三電極體系，利用恒電位方式進行，測試條件為973K氧氣中，測試結果示于圖4。圖4的結果表明，以與LSGMC5電解質具有相近組成的LSGMC9為夾層同樣可以顯著提高電極的性能，并且采用LSGMC9夾層電極的活性略高于相應的以LSGMC5為夾層的電極。
實施例3實施例3在以La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3(LSGM9182)為電解質電池的La0.8Sr0.2Co0.8Fe0.2O3-La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.15Co0.05O3(LSCF8282-LSGMC5(15wt％))陰極與LSGM9182電解質之間加入與電解質具有相近組成的La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.15Co0.05O3(LSGMC5)材料的夾層，測試了LSCF8282-LSGMC5(15wt％)電極性能的改變。
La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3(LSGM)電解質用固相合成法合成，所用的初始原料為La2O3(99.99％質量分數(shù)，下同)、SrCO3(99.5％)、MgO(99.5％)及Ga2O3(99.99％)。上述原料按計量比混合后用研缽研磨0.5h，干燥后在1273K預燒6h。預燒后的樣品在274.6MPa下壓成直徑為2.0cm的圓片，并在空氣中1773K焙燒6h。焙燒后的樣品用磨拋機研磨成均勻的0.3mm厚的薄片。LSCF8282粉末采用固相法合成，原料為La2O3(99.99％質量分數(shù)，下同)，SrCO3(99.99％)，Co(CH3COO)2.4H2O(99.99％)，F(xiàn)e2O3(99.99％)。原料加酒精用研缽研磨0.5h后，在923-1023K預燒2h。預燒后的樣品加酒精研磨0.5h后，在1273-1373K焙燒6-12h。預燒后的樣品加酒精研磨0.5h后備用。用于制備夾層以及LSCF8282-LSGMC5(15wt％)復合陰極的LSGMC5粉末的制備方法同實施例1。LSGMC5夾層的制備過程同實施例1，夾層燒結溫度為1573-1723K。
利用實施例1中的三電極極化技術測試了加入LSGMC5夾層前后負載于LSGM9182電解質上的LSCF8282-LSGMC5(15wt％)陰極的極化曲線。測試條件為1053K空氣中，測試結果示于圖5。圖5的結果表明，以與LSGM9182電解質具有相近組成的LSGMC5為夾層顯著提高了電極的性能，相同極化過電位下含夾層電極的極化電流明顯高于未含夾層的電極。
實施例4實施例4在以La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3(LSGM9182)為電解質電池的Ni-LSGMC9(10wt％)陽極與LSGM9182電解質之間加入與電解質具有相近組成的LSGMC5材料的夾層，測試了Ni-LSGMC5電極性能的改變。
La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3(LSGM)電解質的制備方法與實施例3相同。用于制備夾層以及Ni-LSGMC5復合陽極的LSGMC5粉末的制備方法同實施例1。LSGMC5夾層的制備過程同實施例1，夾層燒結溫度為1573-1723K。
Ni-LSGMC9(10wt％)復合陽極采用浸漬法制備可將制備好的LSGMC5粉末與適量的Ni(NO3)2·6H2O溶液共蒸發(fā)，殘留物在973k預燒2h，加酒精用氧化鋁研缽研磨0.5h，在1000-1273K焙燒6h。
利用實施例1中的三電極極化技術測試了加入LSGMC5夾層前后負載于LSGM9182電解質上的Ni-LSGMC9(10wt％)復合陽極的極化曲線。測試條件為873K氫氣中，測試結果示于圖6。圖6的結果表明，以與LSGM9182電解質具有相近結構與組成的LSGMC5為夾層顯著提高了Ni-LSGMC9(10wt％)復合陽極的性能，相同極化過電位下含夾層電極的極化電流明顯高于未含夾層的電極。
實施例5以下給出夾層的具體制備過程，首先通過固相法或溶液法制備出與摻雜的鎵酸鑭電解質具有相同的Lax1Re1-x1Gax2Mgx3M1-x2-x3Ox4最簡式(Re為Sr、Ca、Ba等堿土金屬，M為Fe、Co、Ni等過渡金屬，x1，x2，x3，x4為計量數(shù))，并具有高氧離子電導率材料粉末，以典型的鍶、鎂摻雜的鎵酸鑭電解質La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3或鍶、鎂、鈷三種元素摻雜的鎵酸鑭電解質La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2-xCoxO3為例，夾層材料的具體組成可以用LaxSr1-xGayMgzCo1-y-zO3(x＝0.95-0.75，y＝0.9-0.7，z＝0.1-0.3(z≤＜1-y))表示。其中比較簡單、有效的一種制備方法為固相合成法。將高純(＞99.95％)的La2O3、Ga2O3、SrCO3、MgO、CoO原料混合并在酒精介質中球磨12-24h，干燥后在1273-1773K焙燒2-24h。焙燒后，在酒精介質中球磨6-24h，電解質粉末的顆粒度小于10μm。
夾層的具體制備方法為將合成出的夾層材料粉末配成漿料；利用絲網(wǎng)印刷方法印刷于摻雜的鎵酸鑭電解質的表面，夾層的厚度在1-10μm；根據(jù)夾層材料粉末制備溫度的不同將夾層在1273-1773K焙燒0.5-10h。
實施例6以下給出復合電極材料的制備方法電極材料粉末的制備可以采用公知的固相合成或溶液法(參見Ishihara，美國專利，No.6586127B1)。將電極粉末同與摻雜的鎵酸鑭電解質具有相同的Lax1Re1-x1Gax2Mgx3M1-x2-x3Ox4最簡式(Re為Sr、Ca、Ba等堿土金屬，M為Fe、Co、Ni等過渡金屬，x1，x2，x3，x4為計量數(shù))，并具有高氧離子電導率材料粉末混合并研磨制成復合電極(參見文獻廈門大學，中國專利，申請?zhí)?00410028515.9，發(fā)明人為王世忠)。以Sm0.5Sr0.5CoO3(SSC)為例，簡單介紹電極材料的制備。Sm0.5Sr0.5CoO3(SSC)粉末采用固相法合成。原料為Sm2O3(99.99％)，SrCO3(99.99％)，Co(CH3COO)2.4H2O(99.99％)。原料加酒精用研缽研磨0.5-2h后，在873-1073K預燒2h。預燒后的樣品加酒精研磨0.5h后，在1173-1573K焙燒12h。焙燒后的樣品研磨后備用。
復合電極的制備為直接將與摻雜的鎵酸鑭電解質具有相同的Lax1Re1-x1Gax2Mgx3Mg1-x2-x3Ox4最簡式(Re為Sr、Ca、Ba等堿土金屬，M為Fe、Co、Ni等過渡金屬，x1，x2，x3，x4為計量數(shù))，并具有高氧離子電導率材料粉末與制備出的SSC粉末混合，然后在酒精介質中球磨2-12h。電極還可以是固相合成法或溶液法制備出的LnxSr1-xCoO3(Ln為稀土元素，x＝0.9-0.5)或LnxSr1-xCoyFe1-yO3(Ln為稀土元素，x＝0.9-0.5，y＝0-1)混合導體氧化物，也可以是鎳金屬陽極。
將制備好的電極材料或復合電極配成電極漿料，利用絲網(wǎng)印刷方法印刷于預燒了夾層的摻雜的鎵酸鑭電解質表面，電極的厚度在10-100μm；根據(jù)電極種類的不同將電極在1073-1573K焙燒0.5-10h。
從制備與摻雜的鎵酸鑭電解質具有相同的Lax1Re1-x1Gax2Mgx3M1-x2-x3Ox4最簡式(Re為Sr、Ca、Ba等堿土金屬，M為Fe、Co、Ni等過渡金屬，x1，x2，x3，x4為計量數(shù))，并具有高氧離子電導率材料粉末、電極粉末到將電極制備于負載有夾層的摻雜的鎵酸鑭電解質上，包括制備夾層材料粉末-制備復合電極-絲網(wǎng)印刷夾層-夾層燒結-絲網(wǎng)印刷電極-電極燒結的過程。所說的制備夾層材料粉末是利用固相合成法或溶液法制備出與摻雜的鎵酸鑭電解質具有相同的Lax1Re1-x1Gax2Mgx3M1-x2-x3Ox4最簡式(Re為Sr、Ca、Ba等堿土金屬，M為Fe、Co、Ni等過渡金屬，x1，x2，x3，x4為計量數(shù))，并具有高氧離子電導率材料粉末；所說的制備復合電極是將與摻雜的鎵酸鑭電解質具有相同的Lax1Re1-x1Gax2Mgx3M1-x2-x3Ox4最簡式(Re為Sr、Ca、Ba等堿土金屬，M為Fe、Co、Ni等過渡金屬，x1，x2，x3，x4為計量數(shù))，并具有高氧離子電導率材料粉末與電極粉末混合并預燒；所說的絲網(wǎng)印刷夾層為將夾層材料粉末用絲網(wǎng)印刷法印刷于摻雜的鎵酸鑭電解質表面；所說的夾層燒結為將印刷有夾層的摻雜的鎵酸鑭電解質在1273-1773K焙燒0.5-10h；所說的絲網(wǎng)印刷電極為將電極或復合電極漿料印刷到燒結后的夾層表面；所說的電極燒結為將印刷在夾層上的電極干燥后，在1073-1573K的范圍燒結0.5-10h。
權利要求
1.一種固體氧化物燃料電池電極/夾層/電解質結構，其特征在于設有電極、夾層和電解質，夾層位于電極與電解質之間，夾層的組成與電解質相同。
2.如權利要求1所述的一種固體氧化物燃料電池電極/夾層/電解質結構，其特征在于所說的電解質為摻雜的鎵酸鑭，具有相同或相近的Lax1Re1-x1Gax2Mgx3M1-x2-x3Ox4最簡式，其中Re為Sr、Ca、Ba堿土金屬，M為Fe、Co、Ni過渡金屬，x1，x2，x3，x4為計量數(shù)，并具有高氧離子電導率，所說的相近是指僅計量數(shù)發(fā)生變動，所說的高氧離子電導率是指電池運行溫度下的電導率高于0.01S.cm-1。
3.如權利要求1所述的一種固體氧化物燃料電池電極/夾層/電解質結構，其特征在于所說的電極為混合導體陰極，或金屬陽極，或混合導體陰極與氧離子導體，或混合導體陰極與氧離子-電子混合導體，或金屬陽極與氧離子導體，或金屬陽極與氧離子-電子混合導體形成的復合電極。
4.如權利要求3所述的一種固體氧化物燃料電池電極/夾層/電解質結構，其特征在于所說的混合導體陰極為LnxSr1-xCoO3混合導體氧化物，其中Ln為稀土元素，x＝0.9-0.5；或LnxSr1-xCoyFe1-yO3混合導體氧化物，其中Ln為稀土元素，x＝0.9-0.5，y＝0-1。
5.如權利要求3所述的一種固體氧化物燃料電池電極/夾層/電解質結構，其特征在于所說的金屬陽極為鎳金屬陽極。
6.如權利要求3所述的一種固體氧化物燃料電池電極/夾層/電解質結構，其特征在于所說的復合電極是LnxSr1-xCoO3混合導體氧化物材料，其中Ln為稀土元素，x＝0.9-0.5；或LnxSr1-xCoyFe1-yO3混合導體氧化物材料，其中Ln為稀土元素，x＝0.9-0.5，y＝0-1。
7.如權利要求3所述的一種固體氧化物燃料電池電極/夾層/電解質結構，其特征在于所說的復合電極是鎳金屬陽極與摻雜的鎵酸鑭電解質具有一致或相近的Lax1Re1-x1Gax2Mgx3M1-x2-x3Ox4最簡式，其中Re為Sr、Ca、Ba堿土金屬，M為Fe、Co、Ni過渡金屬，x1，x2，x3，x4為計量數(shù)，并具有高氧離子電導率材料混合形成的復合電極。
8.如權利要求1或7所述的一種固體氧化物燃料電池電極/夾層/電解質結構，其特征在于所說的電解質為摻雜的鎵酸鑭，具有Lax1Re1-x1Gax2Mgx3M1-x2-x3Ox4最簡式，其中Re為Sr、Ca、Ba堿土金屬，M為Fe、Co、Ni過渡金屬，x1，x2，x3，x4為計量數(shù)，并具有高氧離子電導率。
9.如權利要求1所述的一種固體氧化物燃料電池電極/夾層/電解質結構，其特征在于夾層的組成與摻雜的鎵酸鑭電解質一致或相近，所說的相近是指僅計量數(shù)發(fā)生變動。
10.如權利要求1或9所述的一種固體氧化物燃料電池電極/夾層/電解質結構，其特征在于夾層的組成與電解質具有相同或相近的Lax1Re1-x1Gax2Mgx3M1-x2-x3Ox4最簡式，Re為Sr、Ca、Ba堿土金屬，M為Fe、Co、Ni過渡金屬，x1，x2，x3，x4為計量數(shù)，所說的相近是指僅計量數(shù)發(fā)生變動，并具有高氧離子電導率，所說的高氧離子電導率是指電池運行溫度下的電導率高于0.01S.cm-1。
全文摘要
一種固體氧化物燃料電池電極/夾層/電解質結構，涉及一種固體氧化物燃料電池，尤其是涉及一種通用的高活性、高穩(wěn)定性中溫固體氧化物燃料電池電極/夾層/電解質結構。提供一種通用的、高活性、高穩(wěn)定性的，可顯著提高電極性能的中溫固體氧化物燃料電池電極/夾層/電解質結構。設有電極、夾層和電解質，夾層位于電極與電解質之間，夾層的組成與電解質相同。電解質為摻雜的鎵酸鑭，具有相同或相近的La
文檔編號H01M4/86GK1747212SQ20051011260
公開日2006年3月15日 申請日期2005年10月11日 優(yōu)先權日2005年10月11日
發(fā)明者王世忠, 鐘昊 申請人:廈門大學