陶瓷电池结构制造技术

一种陶瓷电池结构，包含有一上电极层、一下电极层，而该上电极层与该下电极层之间包含有至少一层的电解质层及电子阻绝层，本发明专利技术经由改变上电极层与下电极层之间的电解质层及电子阻绝层的组合，来克服因为单独使用电解质层、而导致电子导电的问题造成开路电压下降及高温的功率的现象发生，因此于陶瓷电池结构中加入高离子导电比例的电子阻绝层后，将能够阻绝电子导电以避免电子导电的问题发生，除此之外，该陶瓷电池结构更具有能够增加开路电压及700度以上功率密度等优点。

【技术实现步骤摘要】
陶瓷电池结构
本专利技术是有关一种陶瓷电池结构，特别是一种添加电子阻绝层的陶瓷电池结构，而电子阻绝层的存在将能够克服单独使用电解质层的缺点，并提高整体制程后电池表现。
技术介绍
固态氧化物燃料电池(SOFC)是一种效率高、构造简单、操作方便的燃料电池，初期主要偏向于大型建筑物的辅助电力系统，后期若当技术更加成熟，可望作为独立分散式的发电站，相较于现今集中式发电厂的配置系统，分散式的发电系统不但可避免当电力传送时，庞大可观的能量损失，也不会因传统集中式电厂的故障或电力传输过程中断造成广域性的电力中断，是一非常理想的发电方式，目前已实际应用于大型发电厂、分散式电源与电动車等方面。在SOFC的高操作温度下，电极的反应迅速，因此不需要以贵金属作为电极的触媒，降低材料成本。但另一方面也因为SOFC操作温度过高(约＞800℃)易导致电极材料与电解质介面发生反应，使电池的总电阻增加，也会因电极与电解质热膨胀系數差異过大，造成电极剥離现象产生，致使电池寿命大幅降低。这些问题限制SOFC的发展，因此降低操作温度至中低温度(500℃～700℃)是必须的。传统YSZ为基础的Ni-YSZ阳极需要较高操作温度(约700～1000℃)才能使有足够能量而驱使氧離子于氧空洞内流动，但高温易造成许多问题产生(例如使用高温型固态氧化物燃料电池的仪器设备成本过高以及使用寿命短等问题)，故为了解决这些问题，最近许多研究者以混合SDC取代YSZ作为阳极材料。根据研究显示，稀土族元素掺杂氧化铈的材料，是在500℃仍具有高导度及離子迁移數的良好氧離子导体，而其中又以氧化钐添加氧化铈(SDC(SmXCe1-XO2-δ))为最适用的电解质材料，其在800℃的导氧離子性为同温度下YSZ的三倍。一般电解质材料须在烧结后达到95﹪理論密度才可用于电池上，而添加铈的氧化物纵使在高温烧结(＞1500℃)的条件下，还是很难烧结成致密的狀态，且氧化铈的扩散在1450℃以上会变得相当明显。由此可知，SDC系具有中低温离子导电率最高、烧结温度低与阴极与阳极材料匹配性好等优点，但SDC亦具有缺点的存在，例如其Ce4+离子容易在还原气氛下还原成Ce3+离子，由于电解质的电子导电度会提高、因此会使开路电压降低等缺点。而除了SDC之外，另具有一种新的电解质，系为LSGM(LaXSr1-XGayMg1-yO3-δ)，此种材料是以ABO3钙钛矿结构取代传统的萤石结构，在700℃时即可呈现比YSZ((Y2O3)X(ZrO2)1-X)更优異的氧離子传导性，适合应用于SOFC。由于LSGM电解质在低温下显示良好的导电度，亦可作为性质优異的电解质，除此之外LSGM更具有开路电压高、还原气氛下化学性质安定、可使用在600度以上等优点；但LSGM亦具有烧结温度高、烧结时成分容易改变及活性高容易与阳极或阴极材料反应等缺点。但若是仅使用SDC或LSGM做为阳极与阴极之间的电解质使用，其则会产生上述提到的缺点，因此发现到若是仅于上电极层(一般泛指阳极)与下电极层(一般泛指阴极)之间仅使用单一类电解质材料做为电解质层是有其缺点的，就以美国专利US2008/0261099与US2009/0136821这两件来看，其中美国专利US2008/0261099这一件中是于两个电极之间使用了一固态氧化物电解质层，而此篇专利的电解质层是包含了YSZ跟ScSZ(例如Scandiaceriastabilizedzirconia,10Sc1CeSZ)，但此一篇专利会发生离子导电比例不够高的问题，由于总导电度是电子导电加上离子导电，故离子导电比例不够高的情况下，将会存在电子导电，更由于电子导电的存在会造成损耗，并导致开路电压下降及高温的功率及高温的功率等缺点产生；而US2009/0136821这一篇专利中，与前述专利不同之处是提出了固态氧化物燃料电池(SOFC)中的层数目不需限制于三个。如图3所示，一个额外夹层4位于电解质3与阳极5之间，且另一夹层6位于电解质5与阴极7之间。其中可使用例如经掺杂氧化铈或是掺杂氧化钐、氧化钆或氧化钇的氧化铈等材料来制造夹层4、6，而除了上述材料外，亦能够使用由稳定氧化锆、氧化钇稳定氧化锆(“YSZ”)、氧化钪稳定氧化锆(“SSZ”)、氧化钪氧化铈稳定氧化锆(“SCSZ”)或其混合物的陶瓷材料来制作。而其中更可包括有YSZ、SSZ、氧化钪氧化铈稳定氧化锆(SCSZ)或是经掺杂氧化铈的材料(GDC)。而US2009/0136821该篇专利中所提到的额外夹层4及另一夹层6主要目的是为了于高温处理时，阳极或阴极有可能会与电解质层反应，因此添加夹层4、6做为一化学反应阻绝层(barrierlayer或bufferlayer)使用，来避免阳极或阴极与电解质层反应；但即使此篇专利中有提到夹层的概念，但仍会遇到如同前述专利的问题一般，由于电解质层的离子导电比例无法达到100％，故此篇专利中亦会因电子导电的存在而造成损耗，故即使使用多层结构，若没有考虑到因电子导电的存在所造成的损耗，同样亦会因为电子导电而造成开路电压下降及高温的功率及高温的功率及等问题发生。因此，为了克服上述缺点，若能够于上电极层与电解质层之间、下电极层与电解质层之间或是两个电解质层之间设置至少一层的电子阻绝层，用以阻绝电子导电以避免电子导电的问题发生，以避免因因电子导电的存在所造成的损耗，因此本专利技术应为一最佳解决方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种陶瓷电池结构，其进行添加电子阻绝层，而电子阻绝层的存在将能够阻绝电子导电以避免电子导电的问题发生，以提高整体制程后的电池表现。为实现上述目的，本专利技术公开了一种陶瓷电池结构，其特征在于包含：一上电极层；一下电极层；以及其中该上电极层与该下电极层之间更设置有一个或一个以上的电解质层及一个或一个以上的电子阻绝层。其中，该电解质层为Bi2O3基掺杂氧化物、CeO2基掺杂氧化物、ZrO2基掺杂氧化物、ThO2基掺杂氧化物、HfO2基掺杂氧化物或LaGaO3基掺杂氧化物。其中，该LaGaO3基掺杂氧化物为Sr、Mg、Co中的任一个或任多个元素来掺杂LaGaO3。其中，该CeO2基掺杂氧化物系为Sm、Gd或La元素来掺杂CeO2。其中，该ZrO2基掺杂氧化物系为Y或Sc元素来安定ZrO2。其中，该电子阻绝层的离子导电比率需大于95％。其中，该电子阻绝层为Bi2O3基掺杂氧化物、ZrO2基掺杂氧化物、ThO2基掺杂氧化物、HfO2基掺杂氧化物或LaGaO3基掺杂氧化物。其中，该LaGaO3基掺杂氧化物系为Sr、Mg、Co中的任一个或任多个元素来掺杂LaGaO3。其中，该ZrO2基掺杂氧化物为Y或Sc元素来安定ZrO2。其中，该电解质层的厚度介于0.1μ至50μ之间。其中，该电子阻绝层的厚度介于0.1μ至50μ之间。其中，该电解质层位于该上电极层与该下电极层之间，而该电子阻绝层设置于该上电极层与该电解质层之间。其中，该电解质层位于该上电极层与该下电极层之间，而该电子阻绝层系设置于该电解质层与该下电极层之间。还公开了一种陶瓷电池结构，其特征在于包含：一上电极层；一下电极层；一电子阻绝层，位于该上电极层与该下电极层之间；一第一电解质层，设置于该上电极层与该电子阻绝层之间；以及一第二电解质层，设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陶瓷电池结构，其特征在于包含：一上电极层；一下电极层；以及其中该上电极层与该下电极层之间更设置有一个或一个以上的电解质层及一个或一个以上的电子阻绝层。

【技术特征摘要】
2015.12.02 TW 1041403981.一种陶瓷电池结构，其特征在于包含：一上电极层；一下电极层；以及其中该上电极层与该下电极层之间更设置有一个或一个以上的电解质层及一个或一个以上的电子阻绝层。2.如权利要求1所述的陶瓷电池结构，其特征在于，该电解质层为Bi2O3基掺杂氧化物、CeO2基掺杂氧化物、ZrO2基掺杂氧化物、ThO2基掺杂氧化物、HfO2基掺杂氧化物或LaGaO3基掺杂氧化物。3.如权利要求2所述的陶瓷电池结构，其特征在于，该LaGaO3基掺杂氧化物为Sr、Mg、Co中的任一个或任多个元素来掺杂LaGaO3。4.如权利要求2所述的陶瓷电池结构，其特征在于，该CeO2基掺杂氧化物系为Sm、Gd或La元素来掺杂CeO2。5.如权利要求2所述的陶瓷电池结构，其特征在于，该ZrO2基掺杂氧化物系为Y或Sc元素来安定ZrO2。6.如权利要求1所述的陶瓷电池结构，其特征在于，该电子阻绝层的离子导电比率需大于95％。7.如权利要求1所述的陶瓷电池结构，其特征在于，该电子阻绝层为Bi2O3基掺杂氧化物、ZrO2基掺杂氧化物、ThO2基掺杂氧化物、HfO2基掺杂氧化物或LaGaO3基掺杂氧化物。8.如权利要求8所述的陶瓷电池结构，其特征在于，该LaGaO3基掺杂氧化物系为Sr、Mg、Co中的任一个或任多个元素来掺杂LaGaO3。9.如权利要求8所述的陶瓷电池结构，其特征在于，该ZrO2基掺杂氧化物为Y或Sc元素来安定ZrO2。10.如权利要求1所述的陶瓷电池结构，其特征在于，该电解质层的厚度介于0.1μ至50μ之间。11.如权利要求1所述的陶瓷电池结构，其特征在于，该电子阻绝层的厚度介于0.1μ至50μ之间。12.如权利要求1所述的陶瓷电池结构，其特征在于，该电解质层位于该上电极层与该下电极层之间，而该电子阻绝层设置于该上电极层与该电解质层之间。13.如权利要求1所述的陶瓷电池结构，其特征在于，该电解质层位于该...

【专利技术属性】
技术研发人员：王锡福，盧锡全，
申请(专利权)人：台北科技大学，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71