专利名称：固体氧化物燃料电池及其制造方法
技术领域：
本公开涉及一种固体氧化物燃料电池和一种用于制造该固体氧化物燃料电池的方法。更具体地说，本公开涉及一种包括纳米结构复合阴极并因此具有提高的结构稳定性和性能的固体氧化物燃料电池和一种用于制造该固体氧化物燃料电池的方法。
背景技术：
使用固体氧化物或陶瓷材料作为电解质的固体氧化物燃料电池(SOFC)由于比其它燃料电池更高的效率和允许使用除了氢之外的各种燃料的燃料灵活性而已经被开发出来主要用于大规模发电。用于大规模发电的SOFC通常在800-1，000°C的高温下操作。在这样的高温下的 操作导致了界面反应、由于诸如电解质、电极、密封剂等的组件的热膨胀差异造成的性能劣化，严重限制了可以使用的材料和组件，并极大地降低了性能可靠性和经济可行性。因此，集中进行研究以将用于大规模发电的SOFC的操作温度降低至700°C或更低。此外，为了对当前研究的高性能小尺寸SOFC更容易地进行热控制并减小其尺寸，操作温度的降低被视为一项必要任务。然而，在较低的操作温度下，因为电解质导电率或电极活性的降低，所以性能降低。因此，需要使用新的材料或做出结构上的改变。因为SOFC的经由电极极化导致性能损失的主要组件是阴极，所以可以减小阴极的电极极化来提高由低温操作导致的性能损失，这继而可以通过将阴极微观结构的晶粒尺寸减小至纳米级并因此使比表面积最大化来提高催化反应的活性位密度来实现。现有的SOFC阴极经由如下粉末工艺来制造经由粉末工艺制备复合电极粉末；通过丝网印刷、喷射等在电解质上涂覆复合电极粉末；然后在大约1，000 □下烧结(H. G. Jung等，Solid State Ionics 179 (27-32) , 1535 (2008) , H. Y. Jung 等，J. Electrochem.Soc. 154(5) (2007))。然而，经由粉末工艺制造的阴极的缺点在于因为晶粒尺寸受到原材料的颗粒尺寸(通常从几百纳米到若干微米)的限制，所以不能实现纳米结构，并且即使阴极由纳米尺寸的粉末来制备，在高温烧结过程中仍出现晶粒生长。尽管可以通过纳米薄膜工艺成功地实现纳米结构阴极，但是现在的状态仅处于形成单相薄膜阴极并表征其电化学性能的阶段。单相阴极具有以下问题在热膨胀系数方面与电解质材料存在差异，纳米结构在SOFC操作温度下具有结构不稳定性，从而难以增加厚度，并且阴极随时间严重劣化(H. S. Noh 等，J. Electrochem. Soc. 158 (I)，BI (2011))。
发明内容
本公开旨在提供一种固体氧化物燃料电池(SOFC)及其制造方法，其中，针对热膨胀系数与电解质材料的热膨胀系数存在差异的问题，通过薄膜沉积形成高催化活性的纳米结构电解质-阴极复合薄膜，使得该SOFC在SOFC操作温度下具有提高的结构稳定性。本公开还旨在提供一种高性能固体氧化物燃料电池及其制造方法，其中，通过以多个层形成纳米复合阴极薄膜，该高性能固体氧化物燃料电池具有组成或孔隙率从电解质朝向阴极的上部逐渐改变的梯度结构，以防止由电解质与阴极的材料的物理性质的差异引起的缺陷。在一个概括性方面，本公开提供了一种固体氧化物燃料电池，该固体氧化物燃料电池包括a)阳极支撑件；b)固体电解质层，形成在阳极支撑件上；以及c)纳米结构复合阴极层，形成在固体电解质层上，其中，纳米结构复合阴极层包括以分子级混合的电极材料和电解质材料，电极材料和电解质材料没有通过彼此反应或彼此溶解形成单一材料。 在另一个概括性方面，本公开提供了一种用于制造固体氧化物燃料电池的方法，该方法包括1)在阳极支撑件上形成固体 电解质层；以及2)在固体电解质层上形成纳米结构复合阴极层，在纳米结构复合阴极层中，电解质材料和电极材料以分子级混合。
根据结合附图给出的特定示例性实施例的以下描述，本公开的以上和其它目的、特征及优点将变得明显，在附图中图I示意性地示出了根据示例性实施例的梯度结构化的纳米复合电极装置；图2示出了 SEM图像，该SEM图像示出了示例I中的在室温和Panib = 13. 33Pa下沉积的且随后在650°C下后退火的(a) LSC层和(b) LSC-GDC层的表面形貌；图3示出了 SEM图像，该SEM图像示出了在Ts = 700°C和Panib = 13. 33Pa下沉积的LSC阴极的(a)表面形貌和(b)剖面微观结构以及LSC-GDC阴极的表面形貌和剖面微观结构[(c)和⑷]；图4 示出了在(a)Pamb = 13. 33Pa、(b)Pamb = 26. 66Pa 和(C)Pamb = 39. 99Pa(Ts =700 °C )下沉积的LSC-GDC的表面形貌；图5示出了梯度结构化的薄膜(GSTF)阴极的剖面微观结构；图6示出了在八=7001和？_ = 26.66 &下沉积的LSC-GDC层(层I)的(a)低放大倍率高角度环形暗场(HAADF) TEM和(b)高放大倍率亮场(BF) TEM图像，以及在Ts =700。。和Pamb = 39. 99Pa下沉积的LSC-GDC层(层2)的(c)低放大倍率HAADF和(d)高放大倍率BF TEM图像[在(b)和(d)中用箭头示出了一些等轴晶粒];图7 示出了在 Ts = 700°C和 Pamb = 39. 99Pa 下沉积的 LSC-GDC 层(层 2)的(a)电子束衍射图案和(b)掠射角XRD(GAXRD)图案[标引基于JCPDS的⑶C(#75-0161)和LSC (#87-1081)]；图8示出了(a)具有GSTF阴极的电池和具有单相阴极的电池在650°C下测量的电流-电压-功率(I-V-P)曲线，(b)具有GSTF阴极的电池的阻抗谱(IS)，以及(c)具有单相阴极的电池的IS ；图9示出了 LSC单相阴极的剖面和低放大倍率表面形貌[(a)和(b)]，在电池测试后的GSTF阴极的剖面和低放大倍率表面形貌[(c)和(d)]，以及(e)在电池测试之前的LSC单相阴极的表面形貌；图10示出了在根据本公开的示例2中制造的SOFC单电池的剖面结构；图11示出了在根据本公开的示例2中制造的单电池的XRD图谱；图12示出了 LSM-YSZ/LSC梯度结构化的薄膜阴极的(a)表面形貌和(b)剖面微观结构；图13示出了具有梯度结构化的复合阴极(〇)和单相LSM阴极(口)的电池的IS ；图14示出了具有梯度结构化的复合阴极(〇)和单相LSM阴极(口)的电池的I-V-P曲线。
具体实施例方式从在下文中阐述的参照附图对实施例进行的以下描述，本公开的优点、特征和方面将变得明显。然而，本公开可以以不同的形式来实施，而不应该被理解为局限于在此提出的实施例。而是提供这些实施例使本公开将是彻底的且完整的，并将把本公开的范围充分地传达给本领域的技术人员。这里使用的术语仅是为了描述具体实施例的目的，而不意 图限制示例实施例。如这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式的“一个(种)”和“所述(该)”也意图包括复数形式。还将理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，说明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。在下文中，将详细描述本公开的示例性实施例。本公开涉及一种包括纳米结构电解质-电极复合阴极层的固体氧化物燃料电池(SOFC)及其制造方法，其中，电极材料和电解质材料以分子级混合，以克服在SOFC操作温度下的结构不稳定性和热膨胀系数差异。本公开提供了一种固体氧化物燃料电池，所述固体氧化物燃料电池包括a)阳极支撑件山)形成在阳极支撑件上的固体电解质层；以及c)形成在固体电解质层上的纳米结构复合阴极层，其中，纳米结构复合阴极层包括以分子级混合的电极材料和电解质材料，电极材料和电解质材料没有通过彼此反应或彼此溶解形成单一材料。在本公开的示例性实施例中，复合阴极层的电极材料可以选自于由亚锰酸镧锶(LSM)、铁酸镧锶(LSF)、钴酸镧锶(LSC)、铁钴酸镧锶(LSCF)、钴酸钐锶(SSC)、铁钴酸钡锶(BSCF)和钌酸铋组成的组，但不限于此。另外，电解质材料可以选自于由氧离子导体(例如，掺杂的氧化锆(例如氧化乾稳定化的氧化错(yttria-stabilized zirconia, YSZ)、氧化钪稳定化的氧化错(scandia-stabilized zirconia, ScSZ)等)、掺杂的氧化铺(例如氧化礼掺杂的氧化铺(gadolinia-doped ceria, GDC)、氧化衫惨杂的氧化铺(samaria-doped ceria, SDC)等))和陶瓷质子导体(例如，掺杂的错酸钡(BaZrO3)、铺酸钡(barium cerate, BaCeO3)等)组成的组，但不限于此。电极材料和电解质材料在复合靶和薄膜的制造温度下或在装置的操作温度下不通过彼此反应或彼此溶解形成单一材料。在本公开的示例性实施例中，复合阴极层的电极材料和电解质材料的比例可以为2 : 8至8 : 2，具体地为3 : 7至7 : 3。在该范围内，根据本公开的纳米复合材料可以具有互连性(U. P. Muecke, S. Graf, U. Rhyner, L. J. Gauckler, Microstructure and electricalconductivity of nanocystalline nickel-and nickeloxide/gadolinia-doped ceriathin films. Acta Mater. 56(2008)677-687)。
阳极支撑件可以包括从由下述材料组成的组中选择的材料在燃料电池的操作过程中与电解质材料形成镍的金属陶瓷复合体的材料，例如NiO-YSZ、NiO-ScSZ, NiO-GDC,NiO-SDC, NiO掺杂的BaZrO3等；以及与电解质材料形成阳极催化材料的金属陶瓷复合体的材料，例如Ru、Pd、Rd> Pt等。在200-1，000°C下形成的复合体具有IOOnm或更小的晶粒尺寸。如此小的晶粒尺寸不能利用现有的粉末工艺来实现，并允许高的催化活性。在本公开的另一示例性实施例中，固体氧化物燃料电池还可以包括位于复合阴极层上的单相集流层，或者还可以包括位于电解质层和复合阴极层之间的缓冲层。在本公开的示例性实施例中，复合阴极层可以包括两个或更多个层。具体地说，复合阴极层可以具有孔隙率从接触电解质层的一侧朝上部 增大的孔隙率梯度结构、或者电极材料的含量从接触电解质层的一侧朝上部增大的组成梯度结构。因为多层梯度结构允许在电解质与阴极之间的结构方面和组成方面的逐渐变化，所以可以进一步提高结构稳定性。特别是，有效地提高了在高温下操作的SOFC的长期稳定性和可靠性。本公开还提供了一种用于制造固体氧化物燃料电池的方法，该方法包括1)在阳极支撑件上形成固体电解质层；以及2)在固体电解质层上形成纳米结构复合阴极层，在纳米结构复合阴极层中，电解质材料和电极材料以分子级混合。在本公开的示例性实施例中，可以通过脉冲激光沉积(PLD)或溅射沉积来形成复合阴极层。此外，可以通过电子束蒸发沉积、热蒸发沉积、化学气相沉积(CVD)、静电喷雾沉积等来形成阴极层。可选地，除了沉积源粉末之外，还可以采用这样的沉积方法，即，通过该沉积方法使沉积颗粒原子化/分子化以形成等离子体，从而允许以原子/分子级进行混合。具体地说，当采用脉冲激光沉积(PLD)时，可以在200-1，000°C和IOPa或更高的压力下沉积复合阴极层。为了通过提高沉积表面上的沉积颗粒的迁移率来确保均匀的沉积并且为了确保得到的薄膜的粘附力和结晶度，沉积温度需要为至少200°C。当沉积温度没有如此高时，可以进一步通过后退火来提高薄膜的粘附力和结晶度。同时，当形成复合阴极层时，沉积温度不应当超过1，000°C。当沉积温度超过1，000°C时，由于过大的晶粒尺寸以及与电解质材料的不期望的反应、沉积设备的劣化等，会发生薄膜的纳米颗粒特性的损失。另外，当形成复合阴极层时，在比室温高的温度下且在IOPa或更高的压力下执行沉积，以获得多孔结构。当沉积温度比室温高但是沉积压力低于IOPa时，由于基底表面上的沉积的材料的迁移率增大，所以形成致密的薄膜。因此，不能获得SOFC电极所期望的多孔结构。在本公开的另一示例性实施例中，在形成复合阴极层之后，可以在复合阴极层上形成单相集流层。在本公开的另一示例性实施例中，在形成复合阴极层之前，可以在电解质层和复合阴极层之间形成缓冲层。在本公开的示例性实施例中，复合阴极层可以包括两个或更多个层。具体地说，复合阴极层可以具有孔隙率从接触电解质层的一侧朝上部增大的孔隙率梯度结构。例如，可以通过形成第n复合阴极层(n是I或更大的整数)，然后通过增大沉积压力形成孔隙率比第n复合阴极层的孔隙率高的第(n+1)复合阴极层，或者可以通过形成第n复合阴极层(n是I或更大的整数)，然后通过降低沉积温度形成孔隙率比第n复合阴极层的孔隙率高的第(n+1)复合阴极层，来形成孔隙率梯度结构。另外，复合阴极层可以具有电极材料的含量从接触电解质层的一侧朝上部增大的组成梯度结构。具体地说，可以通过在使用包括电极材料和电解质材料的复合靶沉积复合阴极层时控制该复合靶的组成，或者可以通过在使用电极靶材料和电解质靶材料沉积复合阴极层时控制用于每个电极靶材料和电解质靶材料的激光功率、脉冲或溅射功率，来形成组成梯度结构。在本公开的另一示例性实施例中，可以在形成复合阴极层之后进行后退火，以提高薄膜的粘附力和结晶度。在下文中，将参照附图详细描述示例性实施例。 图I示意性地示出了根据示例性实施例的梯度结构化的纳米复合电极装置，其包括电解质层10、复合阴极层20和集流层30。电解质层10可以包括用于SOFC的固体电解质，并可以是厚度为若干微米的厚电解质层或厚度为Ium或更小的薄电解质层。在电解质层10和复合阴极层20之间，可以形成缓冲层，以防止电解质层和复合阴极层之间的反应或提闻粘附力。复合阴极层20可以包括一个或多个层。当复合阴极层20包括2个或更多个层时，电极材料的孔隙率和组成可以从接触电解质层的界面朝复合阴极层的最上部增大。也就是说，当复合阴极层包括2个或更多个层时，接近电解质层的层与在其上方形成的层相比可以更加致密并且具有更高的电解质含量，接近复合阴极层的最上部的层与在其下方形成的层相比可以是更加多孔的并且具有更高的电极材料含量。具体地说，I)组成可以是恒定的，仅孔隙率可以朝上部增大，2)孔隙率可以是恒定的，仅电极材料含量可以朝上部增大，或者3)孔隙率和电极材料含量均可以朝上部增大。可以如下形成该梯度结构。为了在保持组成恒定的同时朝向上部增大孔隙率，朝向上部增大沉积压力。当增大沉积压力时，沉积的颗粒在其到达基底之前更有可能在等离子体状态下彼此碰撞。因此，对于它们来说，与在低沉积压力下相比，更容易形成聚集体。此夕卜，因为在颗粒到达基底时它们失去相当大的能量，所以它们不能容易地在基底上重排。因此，形成具有较大的晶粒尺寸和孔隙率的疏松地堆积的膜。还可以通过逐渐地降低沉积温度来获得该孔隙率梯度结构。当降低沉积温度时，因为到达基底的颗粒不能容易地在基底上重排，所以与沉积温度高时相比，形成具有较高的孔隙率的疏松地堆积的膜。为了在保持孔隙率恒定的同时朝向上部改变组成，在保持沉积条件(沉积温度和沉积压力)恒定的同时改变靶组成。为了改变孔隙率和组成二者，改变沉积条件(沉积温度和沉积压力)和靶组成两者。图4的(a)-(c)示出了在将沉积压力从13. 33Pa增大至26. 66Pa和39. 99Pa的同时通过PLD在700°C下在电解质上沉积LSC-GDC (I I)所形成的复合阴极层的表面形貌的扫描电子显微图像。可以看出，随着沉积压力增大，孔隙率逐渐地增大。因为当同时沉积彼此不反应或溶解的反应物时能够获得具有等轴晶粒而非柱状晶粒的均匀结构，所以可以通过防止聚集来提高在高温下的结构稳定性，并可以通过增加电解质/电极/空气界面的数量来提高电极性能。通过减小电解质和阴极的热膨胀差异，复合阴极可以提高阴极的结构可靠性，即使是具有单层。图3将由单一电极材料(LSC)制成的阴极薄膜的表面形貌和剖面微观结构[(a)和(b)]与由电极材料(LSC)和电解质材料(GDC)的I : I复合体制成的阴极薄膜的表面形貌和剖面微观结构[(c)和(d)]进行比较。通过PLD在700°C和13. 33Pa下沉积这两种薄膜。在YSZ电解质上形成200nm厚的GDC层作为反应缓冲层。观察到，由于热膨胀系数的差异(LSC 23ppm，YSZ llppm，⑶C 12ppm)，在LSC单相薄膜中出现裂纹。特别是，裂纹在阴极与电解质之间的界面处是突出的。相比之下，因为电解质材料GDC减小了与电解质的热膨胀系数的差异，所以在LSC-GDC膜中未观察到裂纹。另外，保持了界面强度。当复合阴极被形成为具有如上所述的梯度结构时，可以进一步增强结构稳定性的这种提闻。图I中的集流层30是包括单一电极材料的高导电层，并用于帮助在阴极处进行电流收集。当在室温下执行沉积时，可以进行后退火，以实现多孔结构。另外，当在高于室温的温度下执行沉积时，将压力增大至IOPa或更高，以实现多孔结构。如果复合阴极层的最
上部可以足以用作集流层，则可以省去集流层。示例现在将描述示例和实验。下面的示例和实验仅用于举例说明目的，并不旨在限制本公开的范围。示例I :LSC-GDC复合电极根据现有的粉末工艺来致密化并烧结NiO-YSZ复合粉末。在得到的阳极支撑件上，通过丝网印刷形成与阳极支撑件相比具有更小颗粒尺寸的NiO-YSZ阳极层。然后，通过丝网印刷在NiO-YSZ阳极层上形成YSZ电解质层。在1，400°C下烧结3小时之后，完成阳极支撑的SOFC的厚膜电解质( 8 ii m厚的YSZ)。在位于NiO-YSZ阳极支撑件上的8 y m厚的YSZ电解质上，通过PLD在基于LSC的阴极和YSZ电解质之间沉积作为缓冲层的200nm厚的⑶C。沉积温度为700°C，沉积压力为6. 67Pa。为了研究沉积参数和材料变化的影响，在各种沉积条件下通过PLD沉积I U m厚的阴极层，并通过使用扫描电子显微镜(SEM)观察它们的微观结构。对于PLD，使用KrF准分子激光(入=248nm)作为激光源。在靶表面处的激光能量密度为大约3J/cm2，靶到基底的距离固定在5cm。在表I中列出了靶材料、沉积基底温度(Ts)、环境沉积压力(Pamb,氧)和后退火条件。通过将紧致的LSC(Laa6Sra4CoCVs)粉颗粒物在1，200°C下烧结3小时来制备LSC靶。通过将LSC和⑶C粉末混合物(混合体积比=I I)的紧致颗粒物在1，300°C下烧结5小时来制备 Laa6Sra4C0CVs-Cea9GdaiCVs (LSC-GDC)复合靶。[表 I]
权利要求
1.一种固体氧化物燃料电池，所述固体氧化物燃料电池包括 阳极支撑件； 固体电解质层，形成在阳极支撑件上；以及 纳米结构复合阴极层，形成在固体电解质层上， 其中，纳米结构复合阴极层包括以分子级混合的电极材料和电解质材料，电极材料和电解质材料没有通过彼此反应或彼此溶解形成单一材料。
2.根据权利要求I所述的固体氧化物燃料电池，其中，复合阴极层的电极材料是从由亚锰酸镧锶、铁酸镧锶、钴酸镧锶、铁钴酸镧锶、钴酸钐锶、铁钴酸钡锶和钌酸铋组成的组中选择的至少一种。
3.根据权利要求I所述的固体氧化物燃料电池，其中，电解质材料选自于由YSZ、ScSZ、⑶C、氧化钐掺杂的氧化铈、掺杂的BaZrO3以及BaCeO3组成的组，其中，YSZ是氧化钇稳定化的氧化锆，ScSZ是氧化钪稳定化的氧化锆，GDC是氧化钆掺杂的氧化铈。
4.根据权利要求I所述的固体氧化物燃料电池，其中，复合阴极层的电极材料和电解质材料的比例为2 8至8 2。
5.根据权利要求I所述的固体氧化物燃料电池，其中，阳极支撑件包括从由NiO-YSZ、NiO-ScSZ, NiO-GDC, NiO-SDC, NiO 掺杂的 BaZr03、Ru、Pd、Rd 和 Pt 组成的组中选择的材料，其中，YSZ是氧化钇稳定化的氧化锆，ScSZ是氧化钪稳定化的氧化锆，GDC是氧化钆掺杂的氧化铈，SDC是氧化钐掺杂的氧化铈。
6.根据权利要求I所述的固体氧化物燃料电池，其中，复合阴极层的晶粒尺寸为IOOnm或更小。
7.根据权利要求I所述的固体氧化物燃料电池，所述固体氧化物燃料电池还包括位于复合阴极层上的单相集流层。
8.根据权利要求I所述的固体氧化物燃料电池，所述固体氧化物燃料电池还包括位于电解质层和复合阴极层之间的缓冲层。
9.根据权利要求I所述的固体氧化物燃料电池，其中，复合阴极层包括两个或更多个层。
10.根据权利要求I所述的固体氧化物燃料电池，其中，复合阴极层具有孔隙率从与电解质层接触的一侧朝向上部增大的孔隙率梯度结构。
11.根据权利要求I所述的固体氧化物燃料电池，其中，复合阴极层具有电极材料的含量从与电解质层接触的一侧朝向上部增大的组成梯度结构。
12.一种用于制造固体氧化物燃料电池的方法，所述方法包括 在阳极支撑件上形成固体电解质层；以及 在固体电解质层上形成纳米结构复合阴极层，在纳米结构复合阴极层中，电解质材料和电极材料以分子级混合。
13.根据权利要求12所述的用于制造固体氧化物燃料电池的方法，其中，通过从脉冲激光沉积、溅射沉积、电子束蒸发沉积、热蒸发沉积、化学气相沉积和静电喷雾沉积中选择的沉积方法来形成复合阴极层。
14.根据权利要求13所述的用于制造固体氧化物燃料电池的方法，其中，在200°C至-1，000°C和IOPa或更高的压力下沉积复合阴极层。
15.根据权利要求12所述的用于制造固体氧化物燃料电池的方法，所述方法还包括在形成复合阴极层之后，在复合阴极层上形成单相集流层。
16.根据权利要求12所述的用于制造固体氧化物燃料电池的方法，所述方法还包括在形成复合阴极层之前，在电解质层和复合阴极层之间形成缓冲层。
17.根据权利要求12所述的用于制造固体氧化物燃料电池的方法，其中，复合阴极层包括两个或更多个层。
18.根据权利要求17所述的用于制造固体氧化物燃料电池的方法，其中，多层复合阴极层具有孔隙率从与电解质层接触的一侧朝向上部增大的孔隙率梯度结构。
19.根据权利要求18所述的用于制造固体氧化物燃料电池的方法，其中，通过形成第n复合阴极层并且随后通过增大沉积压力形成孔隙率比第n复合阴极层的孔隙率高的第(n+1)复合阴极层来形成孔隙率梯度结构，其中，n是I或更大的整数。
20.根据权利要求18所述的用于制造固体氧化物燃料电池的方法，其中，通过形成第n复合阴极层并且随后通过降低沉积温度形成孔隙率比第n复合阴极层的孔隙率高的第(n+1)复合阴极层来形成孔隙率梯度结构，其中，n是I或更大的整数。
21.根据权利要求17所述的用于制造固体氧化物燃料电池的方法，其中，多层复合阴极层具有电极材料的含量从与电解质层接触的一侧朝向上部增大的组成梯度结构。
22.根据权利要求21所述的用于制造固体氧化物燃料电池的方法，其中，通过在使用包括电极材料和电解质材料的复合靶沉积复合阴极层时控制该复合靶的组成来形成组成梯度结构。
23.根据权利要求21所述的用于制造固体氧化物燃料电池的方法，其中，通过在使用电极靶材料和电解质靶材料沉积复合阴极层时控制用于每个电极靶材料和电解质靶材料的激光功率、脉冲或溅射功率来形成组成梯度结构。
24.根据权利要求12所述的用于制造固体氧化物燃料电池的方法，所述方法还包括在形成复合阴极层之后，进行后退火，以提高对薄膜的粘附力和结晶度。
25.根据权利要求12所述的用于制造固体氧化物燃料电池的方法，其中，复合阴极层的电极材料是从由亚锰酸镧锶、铁酸镧锶、钴酸镧锶、铁钴酸镧锶、钴酸钐锶、铁钴酸钡锶和钌酸铋组成的组中选择的至少一种。
26.根据权利要求12所述的用于制造固体氧化物燃料电池的方法，其中，电解质材料选自于由YSZ、ScSZ、⑶C、氧化钐掺杂的氧化铈、掺杂的BaZrO3以及BaCeO3组成的组，其中，YSZ是氧化钇稳定化的氧化锆，ScSZ是氧化钪稳定化的氧化锆，GDC是氧化钆掺杂的氧化铺。
27.根据权利要求12所述的用于制造固体氧化物燃料电池的方法，其中，复合阴极层的电极材料和电解质材料的比例为2 8至8 2。
28.根据权利要求12所述的用于制造固体氧化物燃料电池的方法，其中，复合阴极层的晶粒尺寸为IOOnm或更小。
全文摘要
公开了一种固体氧化物燃料电池和一种用于制造该固体氧化物燃料电池的方法，该固体氧化物燃料电池包括a)阳极支撑件；b)固体电解质层，形成在阳极支撑件上；以及c)纳米结构复合阴极层，形成在固体电解质层上，其中，纳米结构复合阴极层包括以分子级混合的电极材料和电解质材料，电极材料和电解质材料没有通过彼此反应或彼此溶解形成单一材料。该燃料电池可在低温下操作，并具有高性能和优异的稳定性。
文档编号H01M8/02GK102738495SQ20121009375
公开日2012年10月17日 申请日期2012年3月31日 优先权日2011年4月4日
发明者孙志瑗, 明斗焕, 李海源, 李钟镐, 池豪一, 金惠铃, 金炳国, 黄在渊 申请人:韩国科学技术研究院