本發(fā)明涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種摻雜氧化鈰基固體氧化物燃料電池及其制備方法。

背景技術(shù)：

固體氧化物燃料電池(SOFC)作為一種將儲(chǔ)存在燃料中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換裝置，因其不受卡諾循環(huán)限制，具有能量轉(zhuǎn)化效率高、燃料適應(yīng)性廣、環(huán)境友好、全固態(tài)結(jié)構(gòu)，安全可靠等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛關(guān)注。被認(rèn)為是很有競(jìng)爭(zhēng)力的綠色發(fā)電技術(shù)，其在大型電站、分布式電站、家用熱電聯(lián)供系統(tǒng)、汽車輔助電源、便攜移動(dòng)電源等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

目前，較高的工作溫度(800-1000℃)仍是限制SOFC發(fā)展和應(yīng)用的重要因素。在高的工作溫度下，對(duì)電池各部件的選擇有著很高的要求(包括高的化學(xué)穩(wěn)定性，高溫強(qiáng)度，相似的熱膨脹系數(shù)等)，從而造成制備和操作成本高，電池性能衰減速度加快等問題。降低SOFC的操作溫度至中低溫(≤700℃)不僅可以克服上述缺點(diǎn)，而且可縮短電池的啟動(dòng)時(shí)間，減少電池中由于各部件的熱膨脹系數(shù)不一致造成的熱應(yīng)力以及電極微結(jié)構(gòu)破壞造成的顆粒粗化團(tuán)聚。此外，電池的連接材料和密封材料的可選擇性更廣，例如可以使用廉價(jià)的不銹鋼作為電池堆的連接材料，具有強(qiáng)度高，易于封接等優(yōu)勢(shì)。因此，降低SOFC操作溫度至中低溫區(qū)是該領(lǐng)域的一個(gè)研究趨勢(shì)。

在開發(fā)的眾多電解質(zhì)材料中，稀土摻雜的氧化鈰(DCO)在中低溫區(qū)間表現(xiàn)出較高的氧離子電導(dǎo)率，比經(jīng)典的YSZ電解質(zhì)高1-2個(gè)數(shù)量級(jí)，被認(rèn)為是非常有應(yīng)用前景的中低溫電解質(zhì)材料。然而在燃料電池的工作條件下，DCO中的Ce⁴⁺離子被還原成Ce³⁺離子，在電解質(zhì)中引入n-型電子電導(dǎo)造成電池部分內(nèi)短路，阻礙了其在SOFC中的應(yīng)用。如何采用簡(jiǎn)單有效的方法在不犧牲電池性能的條件下解決DCO基SOFC內(nèi)短路的問題，并保證其在工作條件下長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行是低溫SOFC商業(yè)化進(jìn)程中的重要課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種摻雜氧化鈰基固體氧化物燃料電池及其制備方法，制備的燃料電池具有較好的電池性能。

本發(fā)明提供了一種摻雜氧化鈰基固體氧化物燃料電池，包括依次接觸的：

陽(yáng)極支撐體；

含Ba和/或Sr的陽(yáng)極功能層；

電子阻擋層；

摻雜氧化鈰的電解質(zhì)層；

陰極層；

所述電子阻擋層由陽(yáng)極功能層和電解質(zhì)層共燒結(jié)形成。

優(yōu)選的，所述共燒結(jié)的溫度為1200-1400℃。

優(yōu)選的，所述陽(yáng)極支撐體為電子導(dǎo)電相和離子導(dǎo)電相組成的復(fù)合陽(yáng)極材料，其中電子導(dǎo)電相為NiO或CuO，離子導(dǎo)電相為L(zhǎng)n_yCe_1-yO_2-δ或M(Ce_1-x-yZr_xLn_y)O_3-δ鈣鈦礦材料，Ln為Y、Yb、Sm、Gd、Nd和La中的一種或多種，M為Ba和/或Sr，0≤x≤0.9，0＜y≤0.4，離子導(dǎo)電相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30wt％～60wt％。

優(yōu)選的，所述陽(yáng)極功能層為電子導(dǎo)電相和離子導(dǎo)電相組成的復(fù)合陽(yáng)極材料，其中電子導(dǎo)電相為NiO或CuO，離子導(dǎo)電相為M(Ce_1-x-yZr_xLn_y)O_3-δ鈣鈦礦材料，其中，0≤x≤0.9，0≤y≤0.4，M為Ba和/或Sr，Ln為Y、Yb、Sm、Gd、Nd和La中的一種或多種，離子導(dǎo)電相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30wt％～60wt％。

優(yōu)選的，所述電解質(zhì)層為L(zhǎng)n_yCe_1-yO_2-δ，其中，0＜y≤0.4，Ln為Y、Yb、Sm、Gd、Nd和La中的一種或多種。

優(yōu)選的，所述陰極層為電子導(dǎo)電相和離子導(dǎo)電相組成的復(fù)合陰極材料，其中，電子導(dǎo)電相為Sm_0.5Sr_0.5CoO_3-δ，PrBa_0.5Sr_0.5Co_1.5Fe_0.5O_3-δ，Ba_0.5Sr_0.5FeO_3-δ，Pr_0.6Sr_0.4Cu_0.2Fe_0.8O_3-δ或La_0.7Sr_0.3FeO_3-δ鈣鈦礦材料，離子導(dǎo)電相為L(zhǎng)n_yCe_1-yO_2-δ或M(Ce_1-x-yZr_xLn_y)O_3-δ鈣鈦礦材料，Ln為Y、Yb、Sm、Gd、Nd和La中的一種或多種，M是Ba和/或Sr，0≤x≤0.9，0＜y≤0.4，離子導(dǎo)電相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20wt％～50wt％。

優(yōu)選的，所述陽(yáng)極功能層的厚度為20～200μm。

本發(fā)明提供了一種上述摻雜氧化鈰基固體氧化物燃料電池的制備方法，包括以下步驟：

A)將具有陽(yáng)極支撐體、含Ba和/或Sr的陽(yáng)極功能層和摻雜氧化鈰的電解質(zhì)層的生坯在1200～1400℃條件下高溫煅燒，得到半電池陶瓷片；

B)在步驟A)得到的半電池陶瓷片的電解質(zhì)層表面制備陰極層，燒結(jié)后得到所述摻雜氧化鈰基固體氧化物燃料電池。

優(yōu)選的，所述步驟A)具體為：

1)將陽(yáng)極支撐體陶瓷粉體與造孔劑混合，干壓法制備陽(yáng)極支撐體陶瓷生坯；

2)將陽(yáng)極功能層陶瓷粉體，分散于陽(yáng)極支撐體基底上，共壓法制備具有陽(yáng)極支撐體和陽(yáng)極功能層的雙層陶瓷生坯；

3)將電解質(zhì)陶瓷粉體，分散于陽(yáng)極功能層表面，共壓法制備具有陽(yáng)極支撐體、陽(yáng)極功能層和電解質(zhì)層的半電池陶瓷生坯；

4)將壓制好的半電池陶瓷生坯，高溫煅燒得到半電池陶瓷片。

優(yōu)選的，所述步驟B)燒結(jié)的溫度為800～1000℃。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供一種摻雜氧化鈰基固體氧化物燃料電池，包括依次接觸的陽(yáng)極支撐體；含Ba和/或Sr的陽(yáng)極功能層；電子阻擋層；摻雜氧化鈰的電解質(zhì)層；陰極層；所述電子阻擋層由陽(yáng)極功能層和電解質(zhì)層共燒結(jié)形成。本發(fā)明利用陽(yáng)極功能層中的元素在高溫下擴(kuò)散，與電解質(zhì)層在界面處原位反應(yīng)生成電子阻擋層，有效提高了電池的開路電壓，使得電池能在中低溫區(qū)間高效穩(wěn)定工作。和傳統(tǒng)的采用雙層電解質(zhì)，復(fù)合電解質(zhì)的方法相比，本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單有效，具有更為優(yōu)越的電池性能，為推動(dòng)中低溫固體氧化物燃料電池的發(fā)展提供了新思路。

附圖說明

圖1是實(shí)施例1制備的平板DCO基固體氧化物燃料電解池結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是實(shí)施例1制備的SDC基固體氧化物燃料電池測(cè)試后的斷面SEM照片；

圖3是實(shí)施例1中在1350℃共燒5h制備的單電池陽(yáng)極功能層/電解質(zhì)界面的斷面SEM-EDS圖；

圖4是實(shí)施例1中制備的SDC基SOFC與傳統(tǒng)SDC基SOFC的OCV對(duì)比圖；

圖5是實(shí)施例1中制備的SDC基固體氧化物燃料電池不同測(cè)試溫度下的電池性能圖；

圖6是實(shí)施例1中制備的SDC基SOFC的穩(wěn)定性測(cè)試圖；

圖7是比較例1中制備的傳統(tǒng)SDC基SOFC測(cè)試后的斷面SEM圖；

圖8是比較例1中制備的傳統(tǒng)SDC基SOFC不同測(cè)試溫度下的電池性能圖；

圖9是實(shí)施例2中制備的SDC基SOFC測(cè)試后的斷面SEM圖；

圖10是實(shí)施例2中在1200℃共燒5h制備的單電池陽(yáng)極功能層/電解質(zhì)界面的斷面SEM-EDS圖；

圖11是實(shí)施例2中制備的SDC基SOFC與傳統(tǒng)SDC基SOFC的OCV對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種摻雜氧化鈰基固體氧化物燃料電池，包括依次接觸的：

陽(yáng)極支撐體；

含Ba和/或Sr的陽(yáng)極功能層；

電子阻擋層；

摻雜氧化鈰的電解質(zhì)層；

陰極層；

所述電子阻擋層由陽(yáng)極功能層和電解質(zhì)層共燒結(jié)形成。

本發(fā)明利用陽(yáng)極側(cè)Ba、Sr等元素在高溫區(qū)擴(kuò)散的方法，設(shè)計(jì)了電池結(jié)構(gòu)，制備得到具有電子阻擋層的DCO基SOFC；由該方法制備的DCO基SOFC，解決了其在工作條件下存在的部分內(nèi)短路問題，提高了電池的性能；本發(fā)明單電池在高溫條件下制備，在中低溫條件下使用的特點(diǎn)，同時(shí)使得原位生成的電子阻擋層可穩(wěn)定有效的工作，在開路狀態(tài)和工作狀態(tài)下都表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性。

本發(fā)明提供的燃料電池包括依次接觸的陽(yáng)極支撐體、含Ba和/或Sr的陽(yáng)極功能層、電子阻擋層、摻雜氧化鈰的電解質(zhì)層和陰極層。

優(yōu)選的，所述陽(yáng)極支撐體為電子導(dǎo)電相和離子導(dǎo)電相組成的復(fù)合陽(yáng)極材料，其中電子導(dǎo)電相為NiO或CuO，離子導(dǎo)電相為L(zhǎng)n_yCe_1-yO_2-δ或M(Ce_1-x-yZr_xLn_y)O_3-δ鈣鈦礦材料，Ln為Y、Yb、Sm、Gd、Nd和La中的一種或多種，M為Ba和/或Sr，0≤x≤0.9，0＜y≤0.4，離子導(dǎo)電相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30wt％～60wt％。

所述陽(yáng)極支撐體優(yōu)選為多孔陽(yáng)極支撐體，其厚度優(yōu)選為600～2000μm。

優(yōu)選的，所述含Ba和/或Sr的陽(yáng)極功能層為電子導(dǎo)電相和離子導(dǎo)電相組成的復(fù)合陽(yáng)極材料，其中電子導(dǎo)電相為NiO或CuO，離子導(dǎo)電相為M(Ce_1-x-yZr_xLn_y)O_3-δ鈣鈦礦材料，其中，0≤x≤0.9，0≤y≤0.4，M為Ba和/或Sr，Ln為Y、Yb、Sm、Gd、Nd和La中的一種或多種，離子導(dǎo)電相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30wt％～60wt％。其厚度優(yōu)選為20～200μm。

所述電子阻擋層由陽(yáng)極功能層和電解質(zhì)層共燒結(jié)形成。所述共燒結(jié)的溫度優(yōu)選為1200～1400℃，更優(yōu)選為1350℃。

優(yōu)選的，所述摻雜氧化鈰的電解質(zhì)層為L(zhǎng)n_yCe_1-yO_2-δ，其中，0＜y≤0.4，Ln為Y、Yb、Sm、Gd、Nd和La中的一種或多種。其厚度優(yōu)選為5～200μm。

優(yōu)選的，所述陰極層為電子導(dǎo)電相和離子導(dǎo)電相組成的復(fù)合陰極材料，其中，電子導(dǎo)電相為Sm_0.5Sr_0.5CoO_3-δ，PrBa_0.5Sr_0.5Co_1.5Fe_0.5O_3-δ，Ba_0.5Sr_0.5FeO_3-δ，Pr_0.6Sr_0.4Cu_0.2Fe_0.8O_3-δ或La_0.7Sr_0.3FeO_3-δ鈣鈦礦材料，離子導(dǎo)電相為L(zhǎng)n_yCe_1-yO_2-δ或M(Ce_1-x-yZr_xLn_y)O_3-δ鈣鈦礦材料，Ln為Y、Yb、Sm、Gd、Nd和La中的一種或多種，M是Ba和/或Sr，0≤x≤0.9，0＜y≤0.4，離子導(dǎo)電相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20wt％～50wt％。

所述陰極層優(yōu)選為多孔陰極層，其厚度優(yōu)選為5～60μm。

本發(fā)明通過控制陽(yáng)極功能層的厚度，可以調(diào)控原位生成的電子阻擋層的厚度和質(zhì)量，進(jìn)而控制燃料電池的電化學(xué)性能。

本發(fā)明對(duì)所述燃料電池的種類并無特殊限定，可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的燃料電池，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，所述燃料電池是含有Ba、Sr或其混合物的陽(yáng)極功能層平板型燃料電池。

本發(fā)明還提供了上述摻雜氧化鈰基固體氧化物燃料電池的制備方法，包括以下步驟：

A)將具有陽(yáng)極支撐體、含Ba和/或Sr的陽(yáng)極功能層和摻雜氧化鈰的電解質(zhì)層的生坯在1200～1400℃條件下高溫煅燒，得到半電池陶瓷片；所述煅燒溫度更優(yōu)選為1350℃。

B)在步驟A)得到的半電池陶瓷片的電解質(zhì)層表面制備陰極層，燒結(jié)后得到所述摻雜氧化鈰基固體氧化物燃料電池。

優(yōu)選的，所述步驟A)具體為：

1)將陽(yáng)極支撐體陶瓷粉體與造孔劑混合，干壓法制備陽(yáng)極支撐體陶瓷生坯；

2)將陽(yáng)極功能層陶瓷粉體，分散于陽(yáng)極支撐體基底上，共壓法制備具有陽(yáng)極支撐體和陽(yáng)極功能層的雙層陶瓷生坯；

3)將電解質(zhì)陶瓷粉體，分散于陽(yáng)極功能層表面，共壓法制備具有陽(yáng)極支撐體、陽(yáng)極功能層和電解質(zhì)層的半電池陶瓷生坯；

4)將壓制好的半電池陶瓷生坯，高溫煅燒得到半電池陶瓷片。

所述步驟1)中的造孔劑優(yōu)選為石墨、淀粉或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，所述造孔劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選為10％～30％。

上述步驟2)可以通過控制陽(yáng)極功能層陶瓷粉體的量，采用共壓法制備具有不同陽(yáng)極功能層厚度的生坯。

在上述高溫煅燒的過程中，陽(yáng)極功能層中的Ba、Sr或其混合元素在高溫下擴(kuò)散，與電解質(zhì)層在界面處原位反應(yīng)生成電子阻擋層。

得到半電池陶瓷片后，在其電解質(zhì)層表面制備陰極層，燒結(jié)后即可得到所述摻雜氧化鈰基固體氧化物燃料電池。

所述燒結(jié)的溫度優(yōu)選為800～1000℃。所述燒結(jié)的時(shí)間優(yōu)選為2～3h。

所述制備方法中，陽(yáng)極支撐體、陽(yáng)極功能層、電解質(zhì)層和陰極層的材質(zhì)以及厚度均同上，在此不再贅述。

對(duì)應(yīng)的，所述陽(yáng)極支撐體陶瓷粉體可選自上述陽(yáng)極支撐體的材料。

所述陽(yáng)極功能層陶瓷粉體可選自上述陽(yáng)極功能層材料。

所述陰極層的陶瓷粉體可選自上述陰極層材料。

所述電解質(zhì)陶瓷粉體可選自所述電解質(zhì)層對(duì)應(yīng)的稀土元素?fù)诫s氧化鈰。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明制備的包括陽(yáng)極功能層、電子阻擋層的五層DCO基SOFC具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明通過對(duì)電池結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在電解質(zhì)層和陽(yáng)極支撐體中間引入陽(yáng)極功能層，該陽(yáng)極功能層具有提供Ba、Sr或其混合物等元素的擴(kuò)散，控制原位生成電子阻擋層，并調(diào)節(jié)其厚度以及優(yōu)化陽(yáng)極微結(jié)構(gòu)的功能。

2、本發(fā)明的電池有效解決了DCO基SOFC存在的短路問題，保證電池開路電壓不因內(nèi)短路而降低。

3、本發(fā)明的電池在工作條件下表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能和穩(wěn)定性，通過這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得DCO真正成為有競(jìng)爭(zhēng)力的中低溫SOFC電解質(zhì)材料。

4、本發(fā)明的方法操作簡(jiǎn)單，高效且具有普適性，對(duì)于中低溫固體氧化物燃料電池的發(fā)展具有重要意義。

為了進(jìn)一步說明本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的摻雜氧化鈰基固體氧化物燃料電池及其制備方法進(jìn)行詳細(xì)描述。

實(shí)施例1

制備NiO-SDC|NiO-BZCY|SDC|SSC-SDC平板型陽(yáng)極支撐SOFC

陽(yáng)極支撐體和陽(yáng)極功能層中的電子傳導(dǎo)相NiO粉體由堿式碳酸鎳600℃分解制得，NiO-BaZr_0.1Ce_0.7Y_0.2O_3-δ(NiO-BZCY)復(fù)合陶瓷粉體采用檸檬酸鹽凝膠燃燒法一步合成，在1000℃空氣中焙燒3小時(shí)得到NiO-BZCY復(fù)合粉體。此外，電解質(zhì)Ce_0.8Sm_0.2O_3-δ(SDC)以及陰極層中的電子傳導(dǎo)相Sm_0.5Sr_0.5CoO_3-δ(SSC)也通過檸檬酸鹽燃燒法合成，分別在600℃,950℃空氣中煅燒3h。

將上述陽(yáng)極支撐體NiO和SDC粉體按質(zhì)量比60:40混合后，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)20％的淀粉，在乙醇中球磨12h均勻混合，置于80℃的烘箱中干燥24h，獲得混合均勻的陽(yáng)極支撐體陶瓷粉體。

取適量上述NiO-SDC混合粉體，干壓法壓制得約1000μm厚的陽(yáng)極支撐體陶瓷生坯；采用單軸共壓法依次在陽(yáng)極支撐體上壓制厚度約50μm的陽(yáng)極功能層和15μm厚的電解質(zhì)薄膜，得到NiO-SDC|NiO-BZCY|SDC三層半電池生坯，置于1350℃共燒5h，得到具有致密SDC電解質(zhì)膜的半電池。

將SSC和SDC粉體按照質(zhì)量比6:4研磨均勻，再加入適量6wt％乙基纖維素的松油醇，繼續(xù)研磨得到SSC-SDC陰極漿料。采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)把陰極漿料涂覆到SDC電解質(zhì)片上，烘干，然后在空氣中950℃處理3h形成多孔陰極層，即得到具有陽(yáng)極支撐體、陽(yáng)極功能層、電解質(zhì)層和陰極層的四層結(jié)構(gòu)平板型單電池NiO-SDC|NiO-BZCY|SDC|SSC-SDC，其中陽(yáng)極功能層和電解質(zhì)層中間原位生成電子阻擋層。

圖1是本實(shí)施例制備的平板DCO基固體氧化物燃料電解池結(jié)構(gòu)示意圖，其中1為陰極層，2為電解質(zhì)薄膜，3為陽(yáng)極功能層，4為陽(yáng)極支撐體。

圖2是上述制備的電池測(cè)試后的SEM圖片，可以看出電解質(zhì)完全致密，厚度約15μm，且與電極結(jié)合緊密，表明電解質(zhì)膜和電極具有良好的相容性，陰極和陽(yáng)極功能層的厚度分別為12μm和50μm。

圖3是1350℃共燒5h后，制備的單電池陽(yáng)極功能層/電解質(zhì)層界面的斷面SEM-EDS圖，從圖3可以看出，厚度約為2μm含Ba的電子阻擋層在電解質(zhì)與陽(yáng)極功能層的界面處生成。

圖4是實(shí)施例1中制備的SDC基SOFC與傳統(tǒng)SDC基SOFC的OCV對(duì)比圖，由圖4可以看出，引入電子阻擋層后，SDC基電池的OCV提升顯著，在650℃，600℃，550℃和500℃時(shí)分別高達(dá)1.016V，1.034V，1.053V和1.066V,非常接近理論電壓值，說明原位生成的電子阻擋層有效消除了電解質(zhì)中電子電導(dǎo)。

電池在不同測(cè)試溫度下功率密度曲線如圖5所示，可見，在600℃，電池最大功率密度高達(dá)868mWcm^-2，0.9V的高輸出電壓下功率密度仍可達(dá)到200mWcm^-2，而傳統(tǒng)的DCO基SOFC則不能在0.9V的電壓下輸出任何性能。隨著工作溫度的降低，電池的性能優(yōu)勢(shì)更為明顯，在500℃，電池的最大功率輸出仍有422mWcm^-2。

此外，電池還表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性，圖6是實(shí)施例1中制備的SDC基SOFC的穩(wěn)定性測(cè)試圖，如圖6所示，在經(jīng)過50h的測(cè)試后電池沒有衰減。

比較例1

傳統(tǒng)的DCO基電池有NiO-DCO陽(yáng)極支撐體，DCO電解質(zhì)和陰極材料三部分組成。以SDC為例，制備NiO-SDC|SDC|SSC-SDC傳統(tǒng)的平板型陽(yáng)極支撐SOFC。

陽(yáng)極支撐體中的電子傳導(dǎo)相NiO粉體由堿式碳酸鎳600℃分解制備，電解質(zhì)SDC和陰極材料中的電子傳導(dǎo)相SSC通過檸檬酸鹽燃燒法合成，分別在600℃,950℃空氣中煅燒3h。

將上述陽(yáng)極支撐體NiO和SDC粉體按質(zhì)量比60:40混合后，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)20％的淀粉，在乙醇中球磨12h均勻混合，置于80℃的烘箱中干燥24h，獲得混合均勻的陽(yáng)極支撐體陶瓷粉體。

取適量上述NiO-SDC混合粉體，干壓法壓制得約1000μm厚的陽(yáng)極支撐體陶瓷生坯；采用單軸共壓法在陽(yáng)極支撐體上壓制厚度約16μm厚的電解質(zhì)薄膜，得到NiO-SDC|SDC半電池生坯，置于1400℃共燒5h，得到具有致密SDC電解質(zhì)膜的半電池。

將SSC和SDC粉體按照質(zhì)量比6:4研磨均勻，再加入適量6wt％乙基纖維素的松油醇，繼續(xù)研磨得到SSC-SDC陰極漿料。采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)把陰極漿料涂覆到SDC電解質(zhì)片上，烘干，然后在空氣中950℃處理3h形成多孔陰極層，即得到具有陽(yáng)極支撐體、電解質(zhì)層和陰極層的三層結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)平板型單電池NiO-SDC|SDC|SSC-SDC。

圖7是上述制備的傳統(tǒng)電池測(cè)試后的SEM圖片，可以看出電解質(zhì)完全致密，厚度約16μm，且與電極結(jié)合緊密。

傳統(tǒng)的SDC基電池在不同測(cè)試溫度下功率密度曲線如圖8所示，當(dāng)電流為零時(shí)，對(duì)應(yīng)的電壓為OCV，由于內(nèi)短路的存在，OCV遠(yuǎn)低于理論電壓，其在650℃，600℃，550℃和500℃時(shí)分別只有0.754，0.789，0.82和0.845V。此外，在600℃，電池最大功率密度為431mWcm^-2，在0.9V的電壓下則不能輸出任何性能。通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的電池同時(shí)具有高的OCV和功率密度，顯示出優(yōu)越的電池性能。

實(shí)施例2：制備NiO-SCYb|NiO-SCYb|SDC|PSCF-SDC平板型陽(yáng)極支撐SOFC

陽(yáng)極支撐體和陽(yáng)極功能層中的NiO-SrCe_0.95Yb_0.05O_3-δ(NiO-SCYb)復(fù)合陶瓷粉體采用檸檬酸鹽凝膠燃燒法一步合成，在1000℃空氣中焙燒3小時(shí)得到NiO-SCYb復(fù)合粉體。此外，電解質(zhì)Ce_0.8Sm_0.2O_3-δ(SDC)以及陰極層中的電子傳導(dǎo)相Pr_0.6Sr_0.4Cu_0.2Fe_0.8O_3-δ(PSCF)也通過檸檬酸鹽燃燒法合成，然后分別在600℃，900℃空氣中煅燒3h。

將上述NiO-SCYb復(fù)合陶瓷粉體加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)20％的淀粉，在乙醇中球磨12h均勻混合，置于80℃的烘箱中干燥24h，獲得混合均勻的陽(yáng)極支撐體陶瓷粉體。

取適量上述含淀粉的NiO-SCYb混合粉體，干壓法壓制得約1000μm厚的陽(yáng)極支撐體陶瓷生坯；采用單軸共壓法依次在陽(yáng)極支撐體上壓制厚度約50μm的陽(yáng)極功能層和15μm厚的電解質(zhì)薄膜，得到NiO-SCYb|NiO-SCYb|SDC三層半電池生坯，置于1200℃共燒5h，得到具有致密GDC電解質(zhì)膜的半電池。

將PSCF和SDC粉體按照質(zhì)量比7:3研磨均勻，再加入適量6wt％乙基纖維素的松油醇，繼續(xù)研磨得到PSCF-SDC陰極漿料。采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)把陰極漿料涂覆到SDC電解質(zhì)片上，烘干，然后在空氣中800℃處理3h形成多孔陰極層，即得到具有陽(yáng)極支撐體、陽(yáng)極功能層、電解質(zhì)和陰極的四層結(jié)構(gòu)平板型單電池NiO-SCYb|NiO-SCYb|SDC|PSCF-SDC，其中陽(yáng)極功能層和電解質(zhì)層中間原位生成電子阻擋層。

圖9是上述制備的電池測(cè)試后的SEM圖片，經(jīng)檢測(cè)，其電解質(zhì)完全致密，厚度約16μm，且與電極結(jié)合緊密，電解質(zhì)膜和電極具有良好的相容性，陰極和陽(yáng)極功能層的厚度分別為13μm和34μm。

圖10是1200℃共燒5h后，制備的單電池陽(yáng)極功能層/電解質(zhì)層界面的斷面SEM-EDS圖，從圖10可以看出，厚度約為2.4μm含Sr的電子阻擋層在電解質(zhì)與陽(yáng)極功能層的界面處生成。

圖11是實(shí)施例2中制備的新型SDC基SOFC與傳統(tǒng)SDC基SOFC的OCV對(duì)比圖，由圖11可以看出，電池在650℃，600℃，550℃和500℃時(shí)OCV值分別為0.953,0.984，1.016和1.038V。結(jié)果表明，陽(yáng)極側(cè)Sr的擴(kuò)散同樣可以與電解質(zhì)反應(yīng)在界面處生成一層電子阻擋層，提高SDC基電池的OCV。

由上述實(shí)施例及比較例可知，本發(fā)明制備的燃料電池簡(jiǎn)單有效的解決了DCO基SOFC內(nèi)短路的難題，提高了DCO基SOFC的OCV。

以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。