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一种掺杂 氧化铈基固体氧化物 燃料 电池及其制备方法

阅读：664发布：2020-05-11

专利汇可以提供一种掺杂氧化铈基固体氧化物燃料电池及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种掺杂氧化铈基固体氧化物燃料电池，包括依次接触的：阳极支撑体；含Ba和/或Sr的阳极功能层；电子阻挡层；掺杂氧化铈的电解质层；阴极层；所述电子阻挡层由阳极功能层和电解质层共烧结形成。本发明利用阳极功能层中的元素在高温下扩散，与电解质层在界面处原位反应生成电子阻挡层，有效提高了电池的开路电压，使得电池能在中低温区间高效稳定工作。和传统的采用双层电解质，复合电解质的方法相比，本发明工艺简单有效，具有更为优越的电池性能，为推动中低温固体氧化物燃料电池的发展提供了新思路。，下面是一种掺杂氧化铈基固体氧化物燃料电池及其制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种掺杂氧化铈基固体氧化物燃料电池，其特征在于，包括依次接触的：
阳极支撑体；
含Sr的阳极功能层；
电子阻挡层；
掺杂氧化铈的电解质层；
阴极层；
所述电子阻挡层由阳极功能层和电解质层共烧结形成；
所述共烧结的温度为1200℃；
所述阳极支撑体为电子导电相和离子导电相组成的复合阳极材料，其中电子导电相为NiO，离子导电相为SrCe0.95Yb0.05O3-δ；
所述阳极功能层为电子导电相和离子导电相组成的复合阳极材料，其中电子导电相为NiO，离子导电相为SrCe0.95Yb0.05O3-δ；
所述阴极层为电子导电相和离子导电相组成的复合阴极材料，其中，电子导电相为Pr0.6Sr0.4Cu0.2Fe0.8O3-δ，离子导电相为Ce0.8Sm0.2O3-δ。
2.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述阳极支撑体中，离子导电相的质量分数为30wt％～60wt％。
3.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述阳极功能层中，离子导电相的质量分数为30wt％～60wt％。
4.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述电解质层为LnyCe1-yO2-δ，其中，0＜y≤0.4，Ln为Y、Yb、Sm、Gd、Nd和La中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述阴极层中，离子导电相的质量分数为20wt％～50wt％。
6.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述阳极功能层的厚度为20～200μm。
7.一种权利要求1～6任一项所述的掺杂氧化铈基固体氧化物燃料电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A)将具有阳极支撑体、含Sr的阳极功能层和掺杂氧化铈的电解质层的生坯在1200℃条件下高温煅烧，得到半电池陶瓷片；
B)在步骤A)得到的半电池陶瓷片的电解质层表面制备阴极层，烧结后得到所述掺杂氧化铈基固体氧化物燃料电池。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤A)具体为：
1)将阳极支撑体陶瓷粉体与造孔剂混合，干压法制备阳极支撑体陶瓷生坯；
2)将阳极功能层陶瓷粉体，分散于阳极支撑体基底上，共压法制备具有阳极支撑体和阳极功能层的双层陶瓷生坯；
3)将电解质陶瓷粉体，分散于阳极功能层表面，共压法制备具有阳极支撑体、阳极功能层和电解质层的半电池陶瓷生坯；
4)将压制好的半电池陶瓷生坯，高温煅烧得到半电池陶瓷片。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤B)烧结的温度为800～1000℃。

说明书全文

一种掺杂氧化铈基固体氧化物 燃料 电池及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种掺杂氧化铈基固体氧化物燃料电池及其制备方法。

背景技术

[0002] 固体氧化物燃料电池(SOFC)作为一种将储存在燃料中的化学能直接转化为电能的能量转换装置，因其不受卡诺循环限制，具有能量转化效率高、燃料适应性广、环境友好、全固态结构，安全可靠等优点受到广泛关注。被认为是很有竞争力的绿色发电技术，其在大型电站、分布式电站、家用热电联供系统、汽车辅助电源、便携移动电源等领域具有广阔的应用前景。

[0003] 目前，较高的工作温度(800-1000℃)仍是限制SOFC发展和应用的重要因素。在高的工作温度下，对电池各部件的选择有着很高的要求(包括高的化学稳定性，高温强度，相似的热膨胀系数等)，从而造成制备和操作成本高，电池性能衰减速度加快等问题。降低
SOFC的操作温度至中低温(≤700℃)不仅可以克服上述缺点，而且可缩短电池的启动时间，减少电池中由于各部件的热膨胀系数不一致造成的热应力以及电极微结构破坏造成的颗
粒粗化团聚。此外，电池的连接材料和密封材料的可选择性更广，例如可以使用廉价的不锈钢作为电池堆的连接材料，具有强度高，易于封接等优势。因此，降低SOFC操作温度至中低温区是该领域的一个研究趋势。

[0004] 在开发的众多电解质材料中，稀土掺杂的氧化铈(DCO)在中低温区间表现出较高的氧离子电导率，比经典的YSZ电解质高1-2个数量级，被认为是非常有应用前景的中低温
电解质材料。然而在燃料电池的工作条件下，DCO中的Ce4+离子被还原成Ce3+离子，在电解质中引入n-型电子电导造成电池部分内短路，阻碍了其在SOFC中的应用。如何采用简单有效
的方法在不牺牲电池性能的条件下解决DCO基SOFC内短路的问题，并保证其在工作条件下
长期稳定的运行是低温SOFC商业化进程中的重要课题。

发明内容

[0005] 有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种掺杂氧化铈基固体氧化物燃料电池及其制备方法，制备的燃料电池具有较好的电池性能。

[0006] 本发明提供了一种掺杂氧化铈基固体氧化物燃料电池，包括依次接触的：

[0007] 阳极支撑体；

[0008] 含Ba和/或Sr的阳极功能层；

[0009] 电子阻挡层；

[0010] 掺杂氧化铈的电解质层；

[0011] 阴极层；

[0012] 所述电子阻挡层由阳极功能层和电解质层共烧结形成。

[0013] 优选的，所述共烧结的温度为1200-1400℃。

[0014] 优选的，所述阳极支撑体为电子导电相和离子导电相组成的复合阳极材料，其中电子导电相为NiO或CuO，离子导电相为LnyCe1-yO2-δ或M(Ce1-x-yZrxLny)O3-δ钙钛矿材料，Ln为Y、Yb、Sm、Gd、Nd和La中的一种或多种，M为Ba和/或Sr，0≤x≤0.9，0＜y≤0.4，离子导电相的质量分数为30wt％～60wt％。

[0015] 优选的，所述阳极功能层为电子导电相和离子导电相组成的复合阳极材料，其中电子导电相为NiO或CuO，离子导电相为M(Ce1-x-yZrxLny)O3-δ钙钛矿材料，其中，0≤x≤0.9，0≤y≤0.4，M为Ba和/或Sr，Ln为Y、Yb、Sm、Gd、Nd和La中的一种或多种，离子导电相的质量分数为30wt％～60wt％。

[0016] 优选的，所述电解质层为LnyCe1-yO2-δ，其中，0＜y≤0.4，Ln为Y、Yb、Sm、Gd、Nd和La中的一种或多种。

[0017] 优选的，所述阴极层为电子导电相和离子导电相组成的复合阴极材料，其中，电子导电相为Sm0.5Sr0.5CoO3-δ，PrBa0.5Sr0.5Co1.5Fe0.5O3-δ，Ba0.5Sr0.5FeO3-δ，Pr0.6Sr0.4Cu0.2Fe0.8O3-δ或La0.7Sr0.3FeO3-δ钙钛矿材料，离子导电相为LnyCe1-yO2-δ或M(Ce1-x-yZrxLny)O3-δ钙钛矿材料，Ln为Y、Yb、Sm、Gd、Nd和La中的一种或多种，M是Ba和/或Sr，0≤x≤0.9，0＜y≤0.4，离子导电相的质量分数为20wt％～50wt％。

[0018] 优选的，所述阳极功能层的厚度为20～200μm。

[0019] 本发明提供了一种上述掺杂氧化铈基固体氧化物燃料电池的制备方法，包括以下步骤：

[0020] A)将具有阳极支撑体、含Ba和/或Sr的阳极功能层和掺杂氧化铈的电解质层的生坯在1200～1400℃条件下高温煅烧，得到半电池陶瓷片；

[0021] B)在步骤A)得到的半电池陶瓷片的电解质层表面制备阴极层，烧结后得到所述掺杂氧化铈基固体氧化物燃料电池。

[0022] 优选的，所述步骤A)具体为：

[0023] 1)将阳极支撑体陶瓷粉体与造孔剂混合，干压法制备阳极支撑体陶瓷生坯；

[0024] 2)将阳极功能层陶瓷粉体，分散于阳极支撑体基底上，共压法制备具有阳极支撑体和阳极功能层的双层陶瓷生坯；

[0025] 3)将电解质陶瓷粉体，分散于阳极功能层表面，共压法制备具有阳极支撑体、阳极功能层和电解质层的半电池陶瓷生坯；

[0026] 4)将压制好的半电池陶瓷生坯，高温煅烧得到半电池陶瓷片。

[0027] 优选的，所述步骤B)烧结的温度为800～1000℃。

[0028] 与现有技术相比，本发明提供一种掺杂氧化铈基固体氧化物燃料电池，包括依次接触的阳极支撑体；含Ba和/或Sr的阳极功能层；电子阻挡层；掺杂氧化铈的电解质层；阴极层；所述电子阻挡层由阳极功能层和电解质层共烧结形成。本发明利用阳极功能层中的元
素在高温下扩散，与电解质层在界面处原位反应生成电子阻挡层，有效提高了电池的开路
 电压，使得电池能在中低温区间高效稳定工作。和传统的采用双层电解质，复合电解质的方法相比，本发明工艺简单有效，具有更为优越的电池性能，为推动中低温固体氧化物燃料电池的发展提供了新思路。
附图说明

[0029] 图1是实施例1制备的平板DCO基固体氧化物燃料电解池结构示意图；

[0030] 图2是实施例1制备的SDC基固体氧化物燃料电池测试后的断面SEM照片；

[0031] 图3是实施例1中在1350℃共烧5h制备的单电池阳极功能层/电解质界面的断面SEM-EDS图；

[0032] 图4是实施例1中制备的SDC基SOFC与传统SDC基SOFC的OCV对比图；

[0033] 图5是实施例1中制备的SDC基固体氧化物燃料电池不同测试温度下的电池性能图；

[0034] 图6是实施例1中制备的SDC基SOFC的稳定性测试图；

[0035] 图7是比较例1中制备的传统SDC基SOFC测试后的断面SEM图；

[0036] 图8是比较例1中制备的传统SDC基SOFC不同测试温度下的电池性能图；

[0037] 图9是实施例2中制备的SDC基SOFC测试后的断面SEM图；

[0038] 图10是实施例2中在1200℃共烧5h制备的单电池阳极功能层/电解质界面的断面SEM-EDS图；

[0039] 图11是实施例2中制备的SDC基SOFC与传统SDC基SOFC的OCV对比图。

具体实施方式

[0040] 本发明提供了一种掺杂氧化铈基固体氧化物燃料电池，包括依次接触的：

[0041] 阳极支撑体；

[0042] 含Ba和/或Sr的阳极功能层；

[0043] 电子阻挡层；

[0044] 掺杂氧化铈的电解质层；

[0045] 阴极层；

[0046] 所述电子阻挡层由阳极功能层和电解质层共烧结形成。

[0047] 本发明利用阳极侧Ba、Sr等元素在高温区扩散的方法，设计了电池结构，制备得到具有电子阻挡层的DCO基SOFC；由该方法制备的DCO基SOFC，解决了其在工作条件下存在的部分内短路问题，提高了电池的性能；本发明单电池在高温条件下制备，在中低温条件下使用的特点，同时使得原位生成的电子阻挡层可稳定有效的工作，在开路状态和工作状态下
都表现出优异的稳定性。

[0048] 本发明提供的燃料电池包括依次接触的阳极支撑体、含Ba和/或Sr的阳极功能层、电子阻挡层、掺杂氧化铈的电解质层和阴极层。

[0049] 优选的，所述阳极支撑体为电子导电相和离子导电相组成的复合阳极材料，其中电子导电相为NiO或CuO，离子导电相为LnyCe1-yO2-δ或M(Ce1-x-yZrxLny)O3-δ钙钛矿材料，Ln为Y、Yb、Sm、Gd、Nd和La中的一种或多种，M为Ba和/或Sr，0≤x≤0.9，0＜y≤0.4，离子导电相的质量分数为30wt％～60wt％。

[0050] 所述阳极支撑体优选为多孔阳极支撑体，其厚度优选为600～2000μm。

[0051] 优选的，所述含Ba和/或Sr的阳极功能层为电子导电相和离子导电相组成的复合阳极材料，其中电子导电相为NiO或CuO，离子导电相为M(Ce1-x-yZrxLny)O3-δ钙钛矿材料，其中，0≤x≤0.9，0≤y≤0.4，M为Ba和/或Sr，Ln为Y、Yb、Sm、Gd、Nd和La中的一种或多种，离子导电相的质量分数为30wt％～60wt％。其厚度优选为20～200μm。

[0052] 所述电子阻挡层由阳极功能层和电解质层共烧结形成。所述共烧结的温度优选为1200～1400℃，更优选为1350℃。

[0053] 优选的，所述掺杂氧化铈的电解质层为LnyCe1-yO2-δ，其中，0＜y≤0.4，Ln为Y、Yb、Sm、Gd、Nd和La中的一种或多种。其厚度优选为5～200μm。

[0054] 优选的，所述阴极层为电子导电相和离子导电相组成的复合阴极材料，其中，电子导电相为Sm0.5Sr0.5CoO3-δ，PrBa0.5Sr0.5Co1.5Fe0.5O3-δ，Ba0.5Sr0.5FeO3-δ，Pr0.6Sr0.4Cu0.2Fe0.8O3-δ或La0.7Sr0.3FeO3-δ钙钛矿材料，离子导电相为LnyCe1-yO2-δ或M(Ce1-x-yZrxLny)O3-δ钙钛矿材料，Ln为Y、Yb、Sm、Gd、Nd和La中的一种或多种，M是Ba和/或Sr，0≤x≤0.9，0＜y≤0.4，离子导电相的质量分数为20wt％～50wt％。

[0055] 所述阴极层优选为多孔阴极层，其厚度优选为5～60μm。

[0056] 本发明通过控制阳极功能层的厚度，可以调控原位生成的电子阻挡层的厚度和质量，进而控制燃料电池的电化学性能。

[0057] 本发明对所述燃料电池的种类并无特殊限定，可以为本领域技术人员熟知的燃料电池，在本发明的一个实施方案中，所述燃料电池是含有Ba、Sr或其混合物的阳极功能层平板型燃料电池。

[0058] 本发明还提供了上述掺杂氧化铈基固体氧化物燃料电池的制备方法，包括以下步骤：

[0059] A)将具有阳极支撑体、含Ba和/或Sr的阳极功能层和掺杂氧化铈的电解质层的生坯在1200～1400℃条件下高温煅烧，得到半电池陶瓷片；所述煅烧温度更优选为1350℃。

[0060] B)在步骤A)得到的半电池陶瓷片的电解质层表面制备阴极层，烧结后得到所述掺杂氧化铈基固体氧化物燃料电池。

[0061] 优选的，所述步骤A)具体为：

[0062] 1)将阳极支撑体陶瓷粉体与造孔剂混合，干压法制备阳极支撑体陶瓷生坯；

[0063] 2)将阳极功能层陶瓷粉体，分散于阳极支撑体基底上，共压法制备具有阳极支撑体和阳极功能层的双层陶瓷生坯；

[0064] 3)将电解质陶瓷粉体，分散于阳极功能层表面，共压法制备具有阳极支撑体、阳极功能层和电解质层的半电池陶瓷生坯；

[0065] 4)将压制好的半电池陶瓷生坯，高温煅烧得到半电池陶瓷片。

[0066] 所述步骤1)中的造孔剂优选为石墨、淀粉或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，所述造孔剂的质量分数优选为10％～30％。

[0067] 上述步骤2)可以通过控制阳极功能层陶瓷粉体的量，采用共压法制备具有不同阳极功能层厚度的生坯。

[0068] 在上述高温煅烧的过程中，阳极功能层中的Ba、Sr或其混合元素在高温下扩散，与电解质层在界面处原位反应生成电子阻挡层。

[0069] 得到半电池陶瓷片后，在其电解质层表面制备阴极层，烧结后即可得到所述掺杂氧化铈基固体氧化物燃料电池。

[0070] 所述烧结的温度优选为800～1000℃。所述烧结的时间优选为2～3h。

[0071] 所述制备方法中，阳极支撑体、阳极功能层、电解质层和阴极层的材质以及厚度均同上，在此不再赘述。

[0072] 对应的，所述阳极支撑体陶瓷粉体可选自上述阳极支撑体的材料。

[0073] 所述阳极功能层陶瓷粉体可选自上述阳极功能层材料。

[0074] 所述阴极层的陶瓷粉体可选自上述阴极层材料。

[0075] 所述电解质陶瓷粉体可选自所述电解质层对应的稀土元素掺杂氧化铈。

[0076] 与现有技术相比较，本发明制备的包括阳极功能层、电子阻挡层的五层DCO基SOFC具有以下优点：

[0077] 1、本发明通过对电池结构进行设计，在电解质层和阳极支撑体中间引入阳极功能层，该阳极功能层具有提供Ba、Sr或其混合物等元素的扩散，控制原位生成电子阻挡层，并调节其厚度以及优化阳极微结构的功能。

[0078] 2、本发明的电池有效解决了DCO基SOFC存在的短路问题，保证电池开路电压不因内短路而降低。

[0079] 3、本发明的电池在工作条件下表现出优异的电化学性能和稳定性，通过这种结构设计，使得DCO真正成为有竞争力的中低温SOFC电解质材料。

[0080] 4、本发明的方法操作简单，高效且具有普适性，对于中低温固体氧化物燃料电池的发展具有重要意义。

[0081] 为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的掺杂氧化铈基固体氧化物燃料电池及其制备方法进行详细描述。

[0082] 实施例1

[0083] 制备NiO-SDC|NiO-BZCY|SDC|SSC-SDC平板型阳极支撑SOFC

[0084] 阳极支撑体和阳极功能层中的电子传导相NiO粉体由碱式碳酸镍600℃分解制得，NiO-BaZr0.1Ce0.7Y0.2O3-δ(NiO-BZCY)复合陶瓷粉体采用柠檬酸盐凝胶燃烧法一步合成，在
1000℃空气中焙烧3小时得到NiO-BZCY复合粉体。此外，电解质Ce0.8Sm0.2O3-δ(SDC)以及阴极层中的电子传导相Sm0.5Sr0.5CoO3-δ(SSC)也通过柠檬酸盐燃烧法合成，分别在600℃,950℃空气中煅烧3h。

[0085] 将上述阳极支撑体NiO和SDC粉体按质量比60:40混合后，加入质量分数20％的淀粉，在乙醇中球磨12h均匀混合，置于80℃的烘箱中干燥24h，获得混合均匀的阳极支撑体陶瓷粉体。

[0086] 取适量上述NiO-SDC混合粉体，干压法压制得约1000μm厚的阳极支撑体陶瓷生坯；采用单轴共压法依次在阳极支撑体上压制厚度约50μm的阳极功能层和15μm厚的电解质薄
膜，得到NiO-SDC|NiO-BZCY|SDC三层半电池生坯，置于1350℃共烧5h，得到具有致密SDC电解质膜的半电池。

[0087] 将SSC和SDC粉体按照质量比6:4 研磨均匀，再加入适量6wt％乙基纤维素的松油醇，继续研磨得到SSC-SDC阴极浆料。采用丝网印刷技术把阴极浆料涂覆到SDC电解质片上，烘干，然后在空气中950℃处理3h形成多孔阴极层，即得到具有阳极支撑体、阳极功能层、电解质层和阴极层的四层结构平板型单电池NiO-SDC|NiO-BZCY|SDC|SSC-SDC，其中阳极功能
层和电解质层中间原位生成电子阻挡层。

[0088] 图1是本实施例制备的平板DCO基固体氧化物燃料电解池结构示意图，其中1为阴极层，2为电解质薄膜，3为阳极功能层，4为阳极支撑体。

[0089] 图2是上述制备的电池测试后的SEM图片，可以看出电解质完全致密，厚度约15μm，且与电极结合紧密，表明电解质膜和电极具有良好的相容性，阴极和阳极功能层的厚度分别为12μm和50μm。

[0090] 图3是1350℃共烧5h后，制备的单电池阳极功能层/电解质层界面的断面SEM-EDS图，从图3可以看出，厚度约为2μm含Ba的电子阻挡层在电解质与阳极功能层的界面处生成。

[0091] 图4是实施例1中制备的SDC基SOFC与传统SDC基SOFC的OCV对比图，由图4可以看出，引入电子阻挡层后，SDC基电池的OCV提升显著，在650℃，600℃，550℃和500℃时分别高达1.016V，1.034V，1.053V和1.066V,非常接近理论电压值，说明原位生成的电子阻挡层有效消除了电解质中电子电导。

[0092] 电池在不同测试温度下功率密度曲线如图5所示，可见，在600℃，电池最大功率密度高达868mWcm-2，0.9V的高输出电压下功率密度仍可达到200mWcm-2，而传统的DCO基SOFC则不能在0.9V的电压下输出任何性能。随着工作温度的降低，电池的性能优势更为明显，在500℃，电池的最大功率输出仍有422mWcm-2。

[0093] 此外，电池还表现出优异的稳定性，图6是实施例1中制备的SDC基SOFC的稳定性测试图，如图6所示，在经过50h的测试后电池没有衰减。

[0094] 比较例1

[0095] 传统的DCO基电池有NiO-DCO阳极支撑体，DCO电解质和阴极材料三部分组成。以SDC为例，制备NiO-SDC|SDC|SSC-SDC传统的平板型阳极支撑SOFC。

[0096] 阳极支撑体中的电子传导相NiO粉体由碱式碳酸镍600℃分解制备，电解质SDC和阴极材料中的电子传导相SSC通过柠檬酸盐燃烧法合成，分别在600℃,950℃空气中煅烧
3h。

[0097] 将上述阳极支撑体NiO和SDC粉体按质量比60:40混合后，加入质量分数20％的淀粉，在乙醇中球磨12h均匀混合，置于80℃的烘箱中干燥24h，获得混合均匀的阳极支撑体陶瓷粉体。

[0098] 取适量上述NiO-SDC混合粉体，干压法压制得约1000μm厚的阳极支撑体陶瓷生坯；采用单轴共压法在阳极支撑体上压制厚度约16μm厚的电解质薄膜，得到NiO-SDC|SDC半电
池生坯，置于1400℃共烧5h，得到具有致密SDC电解质膜的半电池。

[0099] 将SSC和SDC粉体按照质量比6:4研磨均匀，再加入适量6wt％乙基纤维素的松油醇，继续研磨得到SSC-SDC阴极浆料。采用丝网印刷技术把阴极浆料涂覆到SDC电解质片上，烘干，然后在空气中950℃处理3h形成多孔阴极层，即得到具有阳极支撑体、电解质层和阴极层的三层结构传统平板型单电池NiO-SDC|SDC|SSC-SDC。

[0100] 图7是上述制备的传统电池测试后的SEM图片，可以看出电解质完全致密，厚度约16μm，且与电极结合紧密。

[0101] 传统的SDC基电池在不同测试温度下功率密度曲线如图8所示，当电流为零时，对应的电压为OCV，由于内短路的存在，OCV远低于理论电压，其在650℃，600℃，550℃和500℃时分别只有0.754，0.789，0.82和0.845V。此外，在600℃，电池最大功率密度为431mWcm-2，在
0.9V的电压下则不能输出任何性能。通过对比可以发现，本发明的电池同时具有高的OCV和功率密度，显示出优越的电池性能。

[0102] 实施例2：制备NiO-SCYb|NiO-SCYb|SDC|PSCF-SDC平板型阳极支撑SOFC

[0103] 阳极支撑体和阳极功能层中的NiO-SrCe0.95Yb0.05O3-δ(NiO-SCYb)复合陶瓷粉体采用柠檬酸盐凝胶燃烧法一步合成，在1000℃空气中焙烧3小时得到NiO-SCYb复合粉体。此外，电解质Ce0.8Sm0.2O3-δ(SDC)以及阴极层中的电子传导相Pr0.6Sr0.4Cu0.2Fe0.8O3-δ(PSCF)也通过柠檬酸盐燃烧法合成，然后分别在600℃，900℃空气中煅烧3h。

[0104] 将上述NiO-SCYb复合陶瓷粉体加入质量分数20％的淀粉，在乙醇中球磨12h均匀混合，置于80℃的烘箱中干燥24h，获得混合均匀的阳极支撑体陶瓷粉体。

[0105] 取适量上述含淀粉的NiO-SCYb混合粉体，干压法压制得约1000μm厚的阳极支撑体陶瓷生坯；采用单轴共压法依次在阳极支撑体上压制厚度约50μm的阳极功能层和15μm厚的电解质薄膜，得到NiO-SCYb|NiO-SCYb|SDC三层半电池生坯，置于1200℃共烧5h，得到具有致密GDC电解质膜的半电池。

[0106] 将PSCF和SDC粉体按照质量比7:3研磨均匀，再加入适量6wt％乙基纤维素的松油醇，继续研磨得到PSCF-SDC阴极浆料。采用丝网印刷技术把阴极浆料涂覆到SDC电解质片
上，烘干，然后在空气中800℃处理3h形成多孔阴极层，即得到具有阳极支撑体、阳极功能层、电解质和阴极的四层结构平板型单电池NiO-SCYb|NiO-SCYb|SDC|PSCF-SDC，其中阳极
功能层和电解质层中间原位生成电子阻挡层。

[0107] 图9是上述制备的电池测试后的SEM图片，经检测，其电解质完全致密，厚度约16μm，且与电极结合紧密，电解质膜和电极具有良好的相容性，阴极和阳极功能层的厚度分别为13μm和34μm。

[0108] 图10是1200℃共烧5h后，制备的单电池阳极功能层/电解质层界面的断面SEM-EDS图，从图10可以看出，厚度约为2.4μm含Sr的电子阻挡层在电解质与阳极功能层的界面处生成。

[0109] 图11是实施例2中制备的新型SDC基SOFC与传统SDC基SOFC的OCV对比图，由图11可以看出，电池在650℃，600℃，550℃和500℃时OCV值分别为0.953,0.984，1.016和1.038V。
结果表明，阳极侧Sr的扩散同样可以与电解质反应在界面处生成一层电子阻挡层，提高SDC基电池的OCV。

[0110] 由上述实施例及比较例可知，本发明制备的燃料电池简单有效的解决了DCO基SOFC内短路的难题，提高了DCO基SOFC的OCV。

[0111] 以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行
若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

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