专利名称：固体氧化物燃料电池的电极及其制备方法
技术领域：
本发明涉及固体氧化物燃料电池技术领域，尤其涉及一种固体氧化物燃料电池的电极及其制备方法。
背景技术：
固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种将燃料化学能直接转化为电能的装置。SOFC主要由电解质(electrolyte)、阳极(anode)、阴极(cathode)组成,其中，阳极也叫燃料极(fuel electrode),阴极也叫空气极(air electrode)。阳极为燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂和氧离子导体材料。电池工作时相当于直流电源，阳极为电源负极，阴极为电源正极。现有的SOFC电极在长期高温(600°C 850°C)的环境下受到应力例如热应力的作用，在应力的作用下电极会产生裂纹释放应力，若裂纹产生的位置在电极内部，由于电极本身即为三维多孔结构，对其性能的影响较不显著；若裂纹产生于电极与电解质界面处，则会导致电极性能的下降，从而导致电极长期稳定性差。为了解决上述问题，中国专利CN200510055068.0公开了一种固体氧化物燃料电池的单电池，包括阴极，复合于阴极表面的阴极接触层，复合于阴极接触层上的中间层，复合于中间层上的第一固体电解质层，复合于阳极表面的阳极接触层，所述阳极接触层和第一固体电解质层接触。其中阳极接触层由金属粉末形成，阴极接触层由金属粉末和钙钛矿型氧化物粉末形成，由于阳极接触层和阴极接触层的存在，使得电极内部的结合强度不同于电极和电解质界面的结合强度，从而在热应力的作用下可以释放应力，保护电极；但由于中间层为纯电解质层，导致电池的欧姆电阻的增加，从而使电池的性能的下降；且电极与接触层的烧结需分开烧结，导致制备工艺复杂，界面结合强度不高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种固体氧化物燃料电池的电极，本发明提供的固体氧化物燃料电池的长期稳定性好且性能不会下降。本发明提供了 一种固体氧化物燃料电池，包括:阴极层；复合于所述阴极层上的电解质层；复合于所述电解质层上的阳极内层；复合于所述阳极内层上的阳极外层；所述阳极内层中氧离子导体材料的含量高于阳极外层中氧离子导体材料的含量。优选的，所述阳极内层中氧离子导体材料包括掺杂氧化锆和掺杂氧化铈中的一种，所述阳极外层中氧离子导体材料包括掺杂氧化锆和掺杂氧化铈中的一种。优选的,所述掺杂氧化错为Y、Sc、Ce或Al元素掺杂的氧化错；所述掺杂氧化铺为Gd、Sm、La或Y掺杂的氧化铈。
优选的，所述阳极内层还包括催化剂，所述催化剂包括镍催化剂或掺杂的镍催化剂；所述阳极外层还包括催化剂，所述催化剂包括镍催化剂或掺杂的镍催化剂。优选的，所述掺杂的镍催化剂为Fe、Co、Mn、Cu、Ca、Mg、Ba、Ag、Ru、Au、Pd、Pt、La、Ce、Gd、Pr、Nd或Sm掺杂的镍催化剂。优选的，所述阳极内层中氧离子导体材料的质量百分含量为55% 70%。优选的，所述阳极外层中氧离子导体材料的质量百分含量为30% 45%。优选的，所述阳极内层和阳极外层的厚度比为0.1 I。优选的，所述阴极层包括阴极外层和复合于所述阴极外层上的阴极内层；所述电解质层复合于所述阴极内层上；所述阴极内层中氧离子导体材料的含量高于阴极外层中氧离子导体材料的含量。优选的，所述阴极内层还包括催化剂，所述催化剂选自镧锶锰、镧锶钴、镧钴镍、镧锶钴铁和钡锶钴铁中的一种，所述阴极外层还包括催化剂，所述催化剂选自镧锶锰、镧锶钻、俩钻镇、俩银钻铁和锁银钻铁中的一种。与现有技术相比，本发明提供的一种固体氧化物燃料电池，包括:阴极层；复合于所述阴极层上的电解质层；复合于所述电解质层上的阳极内层；复合于所述阳极内层上的阳极外层；所述阳极内层中氧离子导体材料的含量高于阳极外层中氧离子导体材料的含量。本发明提供的固体氧化物燃料电池中阳极是由双层形成，其中，阳极内层中氧离子导体材料的含量高于阳极外层中氧离子导体材料的含量，因此阳极外层中氧离子导体材料的强度低于阳极内层中氧离子导体材料的强度；在电池使用过程中受到应力的作用，由于电极内部的强度低于电极和电解质界面结合的强度，在应力的作用下，在电极内部阳极外层优先产生裂纹，释放应力，从而起到应力缓冲，保护电极和电解质界面结合的作用，由于电极为三维多孔结构，电极内部的裂纹对电池性能的影响明显弱于界面裂纹的影响，因此提到了电池的稳定性；另外，本发明提供的阳极内层和阳极外层可以共同烧结，制备工艺更加的简单。实验结果表明，本发明提供的固体氧化物燃料电池可耐受50次以上的热循环电极外观完整且性能无下降。
图1为本发明实施例1制备得到的单电池阳极的扫描电镜图；图2为本发明实施例1制备得到的单电池的1-V曲线测试图。
具体实施例方式本发明提供了 一种固体氧化物燃料电池，包括:阴极层；复合于所述阴极层上的电解质层；复合于所述电解质层上的阳极内层；复合于所述阳极内层上的阳极外层；所述阳极内层中氧离子导体材料的含量高于阳极外层中氧离子导体材料的含量。本发明提供的固体氧化物燃料电池包括阴极层；所述阴极层可以为单层也可以为双层，本发明对此并无限制；所述单层阴极优选由钙钛矿型氧化物催化剂和氧离子导体材料形成；所述双层阴极优选包括阴极外层和复合于所述阴极外层上的阴极内层；所述电解质层复合于所述阴极内层上；所述阴极内层中氧离子导体材料的含量高于阴极外层中氧离子导体材料的含量。所述氧离子导体材料优选包括掺杂氧化锆和掺杂氧化铈中的一种；所述掺杂氧化错为Y、Sc、Ce或Al元素掺杂的氧化错；所述掺杂氧化铺为Gd、Sm、La或Y掺杂的氧化铈；所述阴极内层优选还包括催化剂，所述催化剂优选包括但不限于镧锶锰(LSM)、镧锶钴铁(LSCF)、镧锶钴(LSC)、镧钴镍(LCN)、和钡锶钴铁(BSCF)，更优选为镧锶锰(LSM)或镧锶钴铁(LSCF)，所述阴极外层优选还包括催化剂，所述催化剂优选包括但不限于镧锶锰(LSM)、镧锶钴铁(LSCF)、镧锶钴(LSC)、镧钴镍(LCN)和钡锶钴铁(BSCF)，更优选为镧锶锰(LSM)或镧锶钴铁(LSCF ) ο本发明提供的固体氧化物燃料电池包括电解质层，所述电解质层复合于所述阴极层上，所述电解质层是由电解质材料形成，所述电解质材料优选包括掺杂氧化锆和掺杂氧化铺中的一种，更优选为掺杂氧化错；所述掺杂氧化错为Y、Sc、Ce或Al元素掺杂的氧化错；所述掺杂氧化铺为Gd、Sm、La或Y掺杂的氧化铺。本发明提供的固体氧化物燃料电池包括复合于电解质层上的阳极内层，所述阳极内层包括氧离子导体材料，所述氧离子导体材料优选包括掺杂氧化锆和掺杂氧化铈中的一种，更优选为掺杂氧化错；所述掺杂氧化错为Y、Sc、Ce或Al元素掺杂的氧化错；所述掺杂氧化铈为Gd、Sm、La或Y掺杂的氧化铈；所述阳极内层优选还包括催化剂，所述催化剂优选包括镍催化剂或掺杂的镍催化剂；所述掺杂的镍催化剂优选为Fe、Co、Mn、Cu、Ca、Mg、Ba、Ag、Ru、Au、Pd、Ce、Gd、Pt、La、Pr、Nd 或 Sm 掺杂的镍催化剂，更优选为 Fe、Co、Mn、Ba、Cu、Ca、Mg、Ag、Au、Ce、Gd、Pd或Pt掺杂的镍催化剂，最优选为Fe、Co、Mn、Ag、Au或Pt掺杂的镍催化剂；所述阳极内层氧离子导体材料的质量百分含量优选为55% 70%，更优选为58% 68%。所述阳极内层厚度优选为0.5 4微米。本发明提供的阳极内层氧离子导体材料的质量百分含量优选为55% 70%，使得阳极内层与电解质的界面结合强度增加，氧离子传导顺畅，氧离子导体材料和催化剂处于导电性的渗滤阈值，可以传导电子，不会增加电池的内阻且能提高电池的性能。在本发明中，所述固体氧化物燃料电池包括复合于阳极内层上的阳极外层；所述阳极外层包括氧离子导体材料，所述阳极内层中氧离子导体材料的含量高于阳极外层中氧离子导体材料的含量。所述氧离子导体材料优选包括掺杂氧化锆和掺杂氧化铈中的一种，更优选为掺杂氧化错；所述掺杂氧化错为Y、Sc、Ce或Al元素掺杂的氧化错；所述掺杂氧化铺为Gd、Sm、La或Y掺杂的氧化铺；所述阳极外层优选还包括催化剂,所述催化剂优选包括镍催化剂或掺杂的镍催化剂；所述掺杂的镍催化剂优选为Fe、Co、Mn、Ba、Cu、Ca、Mg、Ag、Ru、Au、Pd、Pt、Ce、Gd、La、Pr、Nd 或 Sm 掺杂的镍催化剂，更优选为 Fe、Co、Mn、Ba、Cu、Ca、Mg、Ce、Gd、Ag、Au、Pd或Pt掺杂的镍催化剂，最优选为Fe、Co、Mn、Ag、Au或Pt掺杂的镍催化剂；所述阳极外层氧离子导体材料的质量百分含量优选为30% 45%,更优选为33% 43% ；所述阳极外层的厚度优选为6 20微米，更优选为6 10微米；所述阳极内层和阳极外层的厚度比优选为0.1 I，更优选为0.2 0.7，最优选为0.3 0.5。本发明提供的阳极内层氧离子导体材料的含量高于阳极外层电解质材料的含量，因此阳极外层氧离子导体材料的强度低于阳极内层氧离子导体材料的强度；在电池使用过程中受到应力的作用，由于电极内部的强度低于电极和电解质界面结合的强度，在应力的作用下，在电极内阳极外层优先产生裂纹，释放应力，从而起到应力缓冲，保护电极和电解质界面结合的作用；进一步的，阳极外层的可提供高的催化活性，可传导离子。本发明提供的阳极内层和阳极外层虽在成分含量上有差异，但烧结性质接近，可以采用共烧结的方式，制作工艺更加的简单，界面结合力更高。在本发明中，所述固体氧化物燃料电池优选按照以下方法制备:制备所述阳极内层和阳极外层以及阴极的浆料；将阴极浆料印刷于电解质基片上，制备得到阴极层；将阳极内层浆料印刷于电解质基片的另一侧，制备得到阳极内层；将阳极外层浆料印刷于阳极内层上，制备得到阳极外层；将电极进行烧结。所述阳极内层、阳极外层以及阴极的浆料优选按照以下方式制备:将阳极内层包括的氧离子导体材料和催化剂按比例混合，加入松油醇和乙基纤维素混合球磨制备得到阳极内层浆料；将阳极外层包括的氧离子导体材料和催化剂按比例混合，加入松油醇和乙基纤维素混合球磨制备得到阳极外层浆料；若阴极为单层，则将阴极包括的氧离子导体材料和催化剂按比例混合，加入松油醇和乙基纤维素混合球磨制备得到阴极浆料；若阴极为双层，则将阴极内层包括的氧离子导体材料和催化剂按比例混合，加入松油醇和乙基纤维素混合球磨制备得到阴极内层浆料；将阴极外层包括的氧离子导体材料和催化剂按比例混合，加入松油醇和乙基纤维素混合球磨制备得到阴极外层浆料；所述氧离子导体材料优选包括掺杂氧化锆和掺杂氧化铈中的一种，更优选为掺杂氧化锆；所述掺杂氧化错为Y、Sc、Ce或Al元素掺杂的氧化错；所述掺杂氧化铺为Gd、Sm、La或Y掺杂的氧化铈；所述阳极外层和阳极内层的催化剂优选包括镍催化剂或掺杂的镍催化剂；所述掺杂的镍催化剂优选为 Fe、Co、Mn、Cu、Ca、Mg、Ba、Ag、Ru、Au、Pd、Ce、Gd、Pt、La、Pr、Nd 或 Sm 掺杂的镍催化剂，更优选为Fe、Co、Mn、Ba、Cu、Ca、Mg、Ag、Ce、Gd、Au、Pd或Pt掺杂的镍催化剂，最优选为Fe、C0、Mn、Ag、Au或Pt掺杂的镍催化剂；所述阴极的催化剂优选为钙钛矿型氧化物催化剂，优选包括但不限于镧锶锰(LSM)、镧锶钴铁(LSCF)、镧锶钴(LSC)、镧钴镍(LCN)和钡锶钴铁(BSCF)，更优选为镧锶锰(LSM)或镧锶钴铁(LSCF);所述球磨具体为将氧离子导体材料、催化剂和松油醇混合球磨17 19小时,加入乙基纤维素球磨5 7小时，得到浆料；本发明对于所述混合方式并无限制，本领域技术人员熟知的混合方式即可。制备得到浆料后，若阴极为单层，具体为，将阴极浆料印刷于电解质基片上；若阴极为双层，则在电解质基片印刷阴极浆料具体为:将阴极内层浆料印刷于电解质基片上，烘干；将阴极外层浆料印刷于阴极内层上，烘干；将阳极内层的浆料印刷于烧结好的电解质基片上；将阳极外层印刷于阳极内层上；所述印刷优选为丝网印刷；所述丝网优选为200目；所述印刷后优选为烘干，所述烘干的温度优选为50°C 90°C。烘干后，对电极进行烧结，所述电极的烧结温度优选为1000°C 1500°C。本发明对于所述氧离子导体材料和催化剂的来源没有限制，可以为市售，优选按照专利CN101989664A或CN102167403A公开的方法进行制备。制备得到单电池后，本发明优选对电池进行扫描电镜、1-V曲线及热循环测试，其中，热循环测试优选按照以下方法进行测试:电池经室温升至工作温度830°C，保温I小时，再降温至室温，为I次热循环，升降温速率控制为I (TC /分钟。经过η次热循环后，观察电池外观是否完整，电极是否脱落，并对循环之后的电池进行1-V曲线测试，若电池外观完整，性能无明显衰减，则电池可耐热循环次数为>η，反之则< η。为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的固体氧化物燃料电池的电极及其制备方法进行详细描述。实施例1按照专利CN102167403A实施例1公开的方法制备镧锶锰(LSM)、实施例5公开的方法制备氧化钪掺杂氧化锆(SSZ)，按照实施例6公开的方法制备氧化钆掺杂的氧化铈(⑶C)、按照专利CN101989664A实施例1公开的方法制备氧化镍(NiO)。将上述制备得到的60g氧化钆掺杂的氧化铈(⑶C)和40g氧化镍混合均匀，加入12g松油醇，球磨18小时后加入4g乙基纤维素，球磨6小时，制备得到阳极内层浆料；将上述制备的40g⑶C和60g NiO混合均匀，加入12g松油醇，球磨18小时后加入4g乙基纤维素，球磨6小时，制备得到阳极外层浆料；将上述制备的50g镧锶锰和50g氧化钪掺杂氧化锆(SSZ)混合均匀，加入12g松油醇，球磨18小时后加入4g乙基纤维素，球磨6小时，制备得到阴极浆料。用200目的丝网在1500°C烧结的电解质基片上印刷阳极内层浆料，电解质层材料为8%摩尔的氧化钇稳定的氧化锆(8YSZ)，印刷后于70°C烘干，得到阳极内层；在阳极内层上丝网印刷阳极外层浆料，70°C烘干得到阳极外层；在电解质层另一侧丝网印刷阴极浆料，70°C烘干，得到阴极层，从而制备得到电极；对电极1150°C烧结2小时得到结构为阴极/电解质/阳极内层/阳极外层的单电池。对实施例1制备的单电池按照上述方法进行扫描电镜测试、1-V曲线测试和热循环测试，结果如图1、图2和表I所示，图1为本发明实施例1制备得到的单电池阳极的扫描电镜图。图2为本发明实施例1制备得到的单电池的1-V曲线测试图，其中测试温度为830°C,曲线a为单电池的电流密度-电压测定曲线，曲线b为单电池的电流密度-功率密度测定曲线；由图2可知，本发明实施例1提供的单电池830°C下的功率密度达到0.65W/cm2。表I为本发明实施例和比较例的电极厚度、功率密度以及热循环次数的测试结果。实施例2按照专利CN102167403A实施例1公开的方法制备镧锶锰(LSM)、实施例5公开的方法制备氧化钪掺杂氧化锆(SSZ)，按照实施例6公开的方法制备氧化钆掺杂的氧化铈(⑶C)、按照专利CN101989664A实施例1公开的方法制备氧化镍(NiO)。将上述制备得到的70g⑶C和30g NiO混合均匀，加入12g松油醇，球磨18小时后加入4g乙基纤维素，球磨6小时，制备得到阳极内层浆料；将上述制备的30gGDC和70gNi0混合均匀，加入12g松油醇，球磨18小时后加入4g乙基纤维素，球磨6小时，制备得到阳极外层衆料；将上述制备的50g镧银猛和50g氧化钪掺杂氧化错混合均勻，加入12g松油醇，球磨18小时后加入4g乙基纤维素，球磨6小时，制备得到阴极浆料。用200目的丝网在1500°C烧结的电解质基片上印刷阳极内层浆料，电解质层材料为氧化钪掺杂氧化锆(SSZ)，印刷后于75°C烘干，得到阳极内层；在阳极内层上丝网印刷阳极外层浆料，75°C烘干，得到阳极外层；在电解质层另一侧丝网印刷阴极浆料，75°C烘干，得到阴极层，从而制备得到电极；对电极1150°C烧结2小时得到结构为阴极/电解质/阳极内层/阳极外层的单电池。对本发明实施例2制备的单电池按照上述方法进行扫描电镜测试、1-V曲线测试和热循环测试，结果见表1，表I为本发明实施例和比较例的电极厚度、功率密度以及热循环次数的测试结果。实施例3按照专利CN102167403A实施例1公开的方法制备镧锶锰(LSM)、实施例5公开的方法制备氧化钪掺杂氧化锆(SSZ)，按照实施例6公开的方法制备氧化钆掺杂的氧化铈(⑶C)、按照专利CN101989664A实施例1公开的方法制备氧化镍(NiO)。将上述制备得到的55g SSZ和45g NiO混合均匀，加入12g松油醇，球磨18小时后加入4g乙基纤维素，球磨6小时，制备得到阳极内层浆料；将上述制备的40gGDC和60gNi0混合均匀，加入12g松油醇，球磨18小时后加入4g乙基纤维素，球磨6小时，制备得到阳极外层衆料；将上述制备的50g镧银猛和50g氧化钪掺杂氧化错混合均勻，加入12g松油醇，球磨18小时后加入4g乙基纤维素，球磨6小时，制备得到阴极浆料。用200目的丝网在1500°C烧结的电解质基片上印刷阳极内层浆料，电解质层材料为8%摩尔的氧化钇稳定的氧化锆(8YSZ)，印刷后于65°C烘干，得到阳极内层；在阳极内层上丝网印刷阳极外层浆料，65°C烘干，得到阳极外层；在电解质层另一侧丝网印刷阴极浆料，65°C烘干，得到阴极层，从而制备得到电极；对电极1200°C烧结2小时得到结构为阴极/电解质/阳极内层/阳极外层的单电池。对本发明实施例3制备的单电池按照上述方法进行扫描电镜测试、1-V曲线测试和热循环测试，结果见表1，表I为本发明实施例和比较例的电极厚度、功率密度以及热循环次数的测试结果。实施例4按照专利CN102167403A实施例3公开的方法制备镧锶钴(LSC)、实施例5公开的方法制备氧化钪掺杂氧化锆(SSZ)，按照实施例6公开的方法制备氧化钆掺杂的氧化铈(⑶C)、按照专利CN101989664A实施例1公开的方法制备氧化镍(NiO)。将上述制备得到的65g SSZ和35g NiO混合均匀，加入12g松油醇，球磨18小时后加入4g乙基纤维素，球磨6小时，制备得到阳极内层浆料；将上述制备的30gGDC和70gNi0混合均匀，加入12g松油醇，球磨18小时后加入4g乙基纤维素，球磨6小时，制备得到阳极外层浆料；将上述制备的50gLSC和50g SSZ混合均匀，加入12g松油醇，球磨18小时后加入4g乙基纤维素，球磨6小时，制备得到阴极浆料。用200目的丝网在1500°C烧结的电解质基片上印刷阳极内层浆料，电解质层材料为氧化钪掺杂氧化锆(SSZ)，印刷后于80°C烘干，得到阳极内层；在阳极内层上丝网印刷阳极外层浆料，80°C烘干，得到阳极外层；在电解质层另一侧丝网印刷阴极浆料，80°C烘干，得到阴极层，从而制备得到电极；对电极1200°C烧结2小时得到结构为阴极/电解质/阳极内层/阳极外层的单电池。对本发明实施例4制备的单电池按照上述方法进行扫描电镜测试、1-V曲线测试和热循环测试，结果见表1，表I为本发明实施例和比较例的电极厚度、功率密度以及热循环次数的测试结果。
实施例5按照专利CN102167403A实施例1公开的方法制备镧锶锰(LSM)、实施例5公开的方法制备氧化钪掺杂氧化锆(SSZ)，按照实施例6公开的方法制备氧化钆掺杂的氧化铈(⑶C)、按照专利CN101989664A实施例1公开的方法制备氧化镍(NiO)。将上述制备得到的60g⑶C和40g NiO混合均匀，加入12g松油醇，球磨18小时后加入4g乙基纤维素，球磨6小时，制备得到阳极内层浆料；将上述制备的40gGDC和60gNi0混合均匀，加入12g松油醇，球磨18小时后加入4g乙基纤维素，球磨6小时，制备得到阳极外层浆料；将上述制备的50gLSM和50g SSZ混合均匀，加入12g松油醇，球磨18小时后加Λ 0.6g乙基纤维素，球磨6小时，制备得到阴极内层浆料；将上述制备的55g LSM和45gGDC混合均匀，加入12g松油醇，球磨18小时后加入4g乙基纤维素，球磨6小时，制备得到阴极内层浆料。用200目的丝网在1500°C烧结的电解质基片上印刷阳极内层浆料，电解质层材料为8%摩尔的氧化钇稳定的氧化锆(8YSZ)，印刷后于85°C烘干，得到阳极内层；在阳极内层上丝网印刷阳极外层浆料，85°C烘干；得到阳极外层，在电解质层另一侧丝网印刷阴极内层浆料，印刷后于85°C烘干，得到阴极内层，在阴极内层上丝网印刷阴极外层浆料，85°C烘干，得到阴极外层，从而制备得到电极；对电极1250°C烧结2小时得到结构为阴极外层/阴极内层/电解质/阳极内层/阳极外层的单电池。对本发明实施例5制备的单电池按照上述方法进行扫描电镜测试、1-V曲线测试和热循环测试，结果见表1，表I为本发明实施例和比较例的电极厚度、功率密度以及热循环次数的测试结果。实施例6按照专利CN102167403A实施例3公开的方法制备镧锶锰(LSC)、实施例5公开的方法制备氧化钪掺杂氧化锆(SSZ)，按照实施例6公开的方法制备氧化钆掺杂的氧化铈(⑶C)、按照专利CN101989664A实施例1公开的方法制备氧化镍(NiO)。将上述制备得到的55g SSZ和45g NiO混合均匀，加入12g松油醇，球磨18小时后加入4g乙基纤维素，球磨6小时，制备得到阳极内层浆料；将上述制备的40gGDC和60gNi0混合均匀，加入12g松油醇，球磨18小时后加入4g乙基纤维素，球磨6小时，制备得到阳极外层浆料；将上述制备的45gLSC和55g SSZ混合均匀，加入12g松油醇，球磨18小时后加入4g乙基纤维素，球磨6小时，制备得到阴极内层浆料；将上述制备的55g LSM和45g⑶C混合均匀，加入12g松油醇，球磨18小时后加入0.6g乙基纤维素，球磨6小时，制备得到阴极内层浆料。用200目的丝网在1500°C烧结的电解质基片上印刷阳极内层浆料，电解质层材料为氧化钪掺杂氧化锆(SSZ)，印刷后于70°C烘干，得到阳极内层；在阳极内层上丝网印刷阳极外层浆料，70°C烘干；得到阳极外层，在电解质层另一侧丝网印刷阴极内层浆料，印刷后于70°C烘干，得到阴极内层，在阴极内层上丝网印刷阴极外层浆料，70°C烘干，得到阴极外层，从而制备得到电极；对电极1500°C烧结2小时得到结构为阴极外层/阴极内层/电解质/阳极内层/阳极外层的单电池。对本发明实施例6制备的单电池按照上述方法进行扫描电镜测试、1-V曲线测试和热循环测试，结果见表1，表I为本发明实施例和比较例的电极厚度、功率密度以及热循环次数的测试结果。比较例I按照专利CN102167403A实施例1公开的方法制备镧锶锰(LSM)、实施例5公开的方法制备氧化钪掺杂氧化锆(SSZ)，按照实施例6公开的方法制备氧化钆掺杂的氧化铈(⑶C)、按照专利CN101989664A实施例1公开的方法制备氧化镍(NiO)。将上述制备得到的40g⑶C和60g氧化镍混合均匀，加入12g松油醇，球磨18小时后加入4g乙基纤维素，球磨6小时，制备得到阳极浆料；将上述制备的50gLSM和50g SSZ混合均匀，加入12g松油醇，球磨18小时后加入4g乙基纤维素，球磨6小时，制备得到阴极浆料。用200目的丝网在1500°C烧结的电解质基片上印刷阳极浆料，电解质层材料为8%摩尔的氧化钇稳定的氧化锆(8YSZ)，印刷后于70°C烘干，得到阳极层；在电解质层另一侧丝网印刷阴极浆料，70°C烘干，得到阴极层，从而制备得到电极；对电极1500°C烧结2小时得到结构为阴极/电解质/阳极的单电池。对本发明比较例I制备的单电池按照上述方法进行扫描电镜测试、1-V曲线测试和热循环测试，结果见表1，表I为本发明实施例和比较例的电极厚度、功率密度以及热循环次数的测试结果。表I本发明实施例和比较例的电极厚度、功率密度以及热循环次数的测试结果
权利要求
1.一种固体氧化物燃料电池，包括: 阴极层； 复合于所述阴极层上的电解质层； 复合于所述电解质层上的阳极内层； 复合于所述阳极内层上的阳极外层； 所述阳极内层中氧离子导体材料的含量高于阳极外层中氧离子导体材料的含量。
2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池，其特征在于，所述阳极内层中氧离子导体材料包括掺杂氧化锆和掺杂氧化铈中的一种，所述阳极外层中氧离子导体材料包括掺杂氧化错和掺杂氧化铺中的一种。
3.根据权利要求2所述的固体氧化物燃料电池，其特征在于，所述掺杂氧化锆为Y、Sc、Ce或Al元素掺杂的氧化错；所述掺杂氧化铺为Gd、Sm、La或Y掺杂的氧化铺。
4.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池，其特征在于，所述阳极内层还包括催化剂，所述催化剂包括镍催化剂或掺杂的镍催化剂；所述阳极外层还包括催化剂，所述催化剂包括镍催化剂或掺杂的镍催化剂。
5.根据权利要求4所述的固体氧化物燃料电池，其特征在于，所述掺杂的镍催化剂为Fe、Co、Mn、Cu、Ca、Mg、Ba、Ag、Ru、Au、Pd、Pt、La、Ce、Gd、Pr、Nd 或 Sm 掺杂的镍催化剂。
6.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池，其特征在于，所述阳极内层中氧离子导体材料的质量百分含量为55% 70%。
7.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池，其特征在于，所述阳极外层中氧离子导体材料的质量百分含量为30% 45%。
8.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池，其特征在于，所述阳极内层和阳极外层的厚度比为0.1 I。
9.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池，其特征在于，所述阴极层包括阴极外层和复合于所述阴极外层上的阴极内层；所述电解质层复合于所述阴极内层上；所述阴极内层中氧离子导体材料的含量高于阴极外层中氧离子导体材料的含量。
10.根据权利要求9所述的固体氧化物燃料电池，其特征在于，所述阴极内层还包括催化剂，所述催化剂选自镧锶锰、镧锶钴、镧钴镍、镧锶钴铁和钡锶钴铁中的一种，所述阴极外层还包括催化剂，所述催化剂选自镧锶锰、镧锶钴、镧钴镍、镧锶钴铁和钡锶钴铁中的一种。
全文摘要
本发明提供了一种固体氧化物燃料电池，包括阴极层；复合于所述阴极层上的电解质层；复合于所述电解质层上的阳极内层；复合于所述阳极内层上的阳极外层；所述阳极内层中氧离子导体材料的含量高于阳极外层中氧离子导体材料的含量。电极内部的强度低于电极和电解质界面结合的强度，在应力的作用下，在阳极外层优先产生裂纹，释放应力，从而起到应力缓冲，保护电极和电解质界面结合的作用；由于电极为三维多孔结构，电极内部的裂纹对电池性能的影响明显弱于界面裂纹的影响，因此提高了电池的稳定性；另外，本发明提供的阳极内层和阳极外层可以共同烧结，制备工艺更加的简单。
文档编号H01M4/86GK103199288SQ201310093319
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月21日 优先权日2013年3月21日
发明者王蔚国, 王建新, 何长荣, 杨成锐, 朱骏, 孙珊珊 申请人:中国科学院宁波材料技术与工程研究所