[发明专利]层

说明书

一种基材上的结晶镱掺杂氧化锆层的制造方法，其中该方法包括以下步骤：(i)将包含镱掺杂氧化锆的前体金属盐的溶液沉积到基材的表面上，其中该表面是金属或陶瓷表面；(ii)干燥溶液，从而在表面上形成前体金属盐的膜；(iii)加热前体金属盐的膜，使其分解，形成镱掺杂氧化锆；任选地重复步骤(i)至(iii)；以及烧制所述一层或多层膜，以形成结晶镱掺杂氧化锆层，其中所述镱掺杂氧化锆具有通式：([Ybsubgt;x/subgt;Msubgt;1‑x/subgt;]subgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;)subgt;z/subgt;(ZrOsubgt;2/subgt;)subgt;1‑z/subgt; (1);其中M是金属掺杂离子；z为0.03至0.13；并且x为0.05至1。以及通过该方法获得的层，包含该层的固体氧化物燃料电池，用于制造固体氧化物电池层的溶液，以及该溶液在制造固体氧化物电池中的用途。

发明领域

本发明涉及在陶瓷或金属表面沉积陶瓷膜的方法，特别是亚微米级厚度的镱掺杂氧化锆的沉积。本发明特别适用于制造高、中温运行的电化学电池，包括固体氧化物电池(SOC)，尤其是在450℃至650℃范围内运行的金属支持的中温SOC。

背景技术

燃料电池、燃料电池堆组件、燃料电池堆系统组件等在现有技术中是众所周知的，相关的教导包括WO 02/35628、WO 03/075382、WO 2004/089848、WO 2005/078843、WO 2006/079800、WO 2006/106334、WO 2007/085863、WO2007/110587、WO 2008/001119、WO 2008/003976、WO 2008/015461、WO2008/053213、WO 2008/104760、和WO 2008/132493，这些全部通过引用全文的方式纳入本文。燃料电池可以以反向模式用作电解池。因此，下文中提到的阴极和阳极(为简洁起见，并且因为燃料电池的应用更为广泛)，实际上应被理解为分别指空气(或氧化剂)电极和燃料电极，这些术语适用于电池，无论其是以燃料电池还是电解池模式运行的。

多年来，一直在努力将SOC的工作温度从传统的800℃至1000℃降低到600℃或以下。已经认识到要实现这一目标需要使用一套不同于传统上用于SOC的材料。特别是，这需要使用催化活性更强的阴极材料，以及在450℃至650℃之间运行时氧离子传导率高于传统的钇稳定氧化锆(YSZ)的电解质材料。

更高性能的阴极材料通常是基于氧化钴的钙钛矿型氧化物(perovskite oxide)，如LSCF(镧锶钴铁氧体)、LSC(镧锶钴氧体,lanthanum strontium cobaltite)和SSC(钐锶钴氧体,samarium strontium cobaltite)。导电性更强的电解质材料通常是：(i)稀土掺杂氧化铈，如SDC(钐掺杂氧化铈)和GDC(钆掺杂氧化铈)，或(ii)基于没食子酸镧的材料，如LSGM(没食子酸镧-锶-镁)。

通过掺入氧化钪而不是氧化钇，氧化锆的传导性也可以显著提高，尽管这种材料的成本更高。

不幸的是，在较低温度下具有较高性能的材料通常不如传统的高温材料稳定。经常遇到的具体问题有：

·高性能的阴极材料与氧化锆反应形成锆酸锶或锆酸镧，这是一种非常差的离子导体，导致了性能的降低。

·LSGM与一般发现于阳极的氧化镍发生反应。

·掺杂的氧化铈在暴露于燃料气氛中时可被部分还原，发展出混合的离子/电子传导性。这反过来又会导致电池出现内部短路，降低运行效率。

·如果在超过1200℃的温度下加工，掺杂的氧化铈和氧化锆会发生反应，产生导电性差的混合相。