本發(fā)明是有關(guān)一種陶瓷電池結(jié)構(gòu)，特別是一種添加電子阻絕層的陶瓷電池結(jié)構(gòu)，而電子阻絕層的存在將能夠克服單獨(dú)使用電解質(zhì)層的缺點(diǎn)，并提高整體制程后電池表現(xiàn)。

背景技術(shù)：

固態(tài)氧化物燃料電池(SOFC)是一種效率高、構(gòu)造簡(jiǎn)單、操作方便的燃料電池，初期主要偏向于大型建筑物的輔助電力系統(tǒng)，后期若當(dāng)技術(shù)更加成熟，可望作為獨(dú)立分散式的發(fā)電站，相較于現(xiàn)今集中式發(fā)電廠的配置系統(tǒng)，分散式的發(fā)電系統(tǒng)不但可避免當(dāng)電力傳送時(shí)，龐大可觀的能量損失，也不會(huì)因傳統(tǒng)集中式電廠的故障或電力傳輸過程中斷造成廣域性的電力中斷，是一非常理想的發(fā)電方式，目前已實(shí)際應(yīng)用于大型發(fā)電廠、分散式電源與電動(dòng)車等方面。

在SOFC的高操作溫度下，電極的反應(yīng)迅速，因此不需要以貴金屬作為電極的觸媒，降低材料成本。但另一方面也因?yàn)镾OFC操作溫度過高(約＞800℃)易導(dǎo)致電極材料與電解質(zhì)介面發(fā)生反應(yīng)，使電池的總電阻增加，也會(huì)因電極與電解質(zhì)熱膨脹系數(shù)差異過大，造成電極剝離現(xiàn)象產(chǎn)生，致使電池壽命大幅降低。這些問題限制SOFC的發(fā)展，因此降低操作溫度至中低溫度(500℃～700℃)是必須的。傳統(tǒng)YSZ為基礎(chǔ)的Ni-YSZ陽極需要較高操作溫度(約700～1000℃)才能使有足夠能量而驅(qū)使氧離子于氧空洞內(nèi)流動(dòng)，但高溫易造成許多問題產(chǎn)生(例如使用高溫型固態(tài)氧化物燃料電池的儀器設(shè)備成本過高以及使用壽命短等問題)，故為了解決這些問題，最近許多研究者以混合SDC取代YSZ作為陽極材料。

根據(jù)研究顯示，稀土族元素?fù)诫s氧化鈰的材料，是在500℃仍具有高導(dǎo)度及離子遷移數(shù)的良好氧離子導(dǎo)體，而其中又以氧化釤添加氧化鈰(SDC(Sm_XCe_1-XO_2-δ))為最適用的電解質(zhì)材料，其在800℃的導(dǎo)氧離子性為同溫度下YSZ的三倍。一般電解質(zhì)材料須在燒結(jié)后達(dá)到95﹪?yán)碚撁芏炔趴捎糜陔姵厣?，而添加鈰的氧化物縱使在高溫?zé)Y(jié)(＞1500℃)的條件下，還是很難燒結(jié)成致密的狀態(tài)，且氧化鈰的擴(kuò)散在1450℃以上會(huì)變得相當(dāng)明顯。

由此可知，SDC系具有中低溫離子導(dǎo)電率最高、燒結(jié)溫度低與陰極與陽極材料匹配性好等優(yōu)點(diǎn)，但SDC亦具有缺點(diǎn)的存在，例如其Ce⁴⁺離子容易在還原氣氛下還原成Ce³⁺離子，由于電解質(zhì)的電子導(dǎo)電度會(huì)提高、因此會(huì)使開路電壓降低等缺 點(diǎn)。

而除了SDC之外，另具有一種新的電解質(zhì)，系為L(zhǎng)SGM(La_XSr_1-XGa_yMg_1-yO_3-δ)，此種材料是以ABO₃鈣鈦礦結(jié)構(gòu)取代傳統(tǒng)的螢石結(jié)構(gòu)，在700℃時(shí)即可呈現(xiàn)比YSZ((Y₂O₃)_X(ZrO₂)_1-X)更優(yōu)異的氧離子傳導(dǎo)性，適合應(yīng)用于SOFC。由于LSGM電解質(zhì)在低溫下顯示良好的導(dǎo)電度，亦可作為性質(zhì)優(yōu)異的電解質(zhì)，除此之外LSGM更具有開路電壓高、還原氣氛下化學(xué)性質(zhì)安定、可使用在600度以上等優(yōu)點(diǎn)；但LSGM亦具有燒結(jié)溫度高、燒結(jié)時(shí)成分容易改變及活性高容易與陽極或陰極材料反應(yīng)等缺點(diǎn)。

但若是僅使用SDC或LSGM做為陽極與陰極之間的電解質(zhì)使用，其則會(huì)產(chǎn)生上述提到的缺點(diǎn)，因此發(fā)現(xiàn)到若是僅于上電極層(一般泛指陽極)與下電極層(一般泛指陰極)之間僅使用單一類電解質(zhì)材料做為電解質(zhì)層是有其缺點(diǎn)的，就以美國(guó)專利US2008/0261099與US2009/0136821這兩件來看，其中美國(guó)專利US2008/0261099這一件中是于兩個(gè)電極之間使用了一固態(tài)氧化物電解質(zhì)層，而此篇專利的電解質(zhì)層是包含了YSZ跟ScSZ(例如Scandia ceria stabilized zirconia,10Sc1CeSZ)，但此一篇專利會(huì)發(fā)生離子導(dǎo)電比例不夠高的問題，由于總導(dǎo)電度是電子導(dǎo)電加上離子導(dǎo)電，故離子導(dǎo)電比例不夠高的情況下，將會(huì)存在電子導(dǎo)電，更由于電子導(dǎo)電的存在會(huì)造成損耗，并導(dǎo)致開路電壓下降及高溫的功率及高溫的功率等缺點(diǎn)產(chǎn)生；

而US2009/0136821這一篇專利中，與前述專利不同之處是提出了固態(tài)氧化物燃料電池(SOFC)中的層數(shù)目不需限制于三個(gè)。如圖3所示，一個(gè)額外夾層4位于電解質(zhì)3與陽極5之間，且另一夾層6位于電解質(zhì)5與陰極7之間。其中可使用例如經(jīng)摻雜氧化鈰或是摻雜氧化釤、氧化釓或氧化釔的氧化鈰等材料來制造夾層4、6，而除了上述材料外，亦能夠使用由穩(wěn)定氧化鋯、氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(“YSZ”)、氧化鈧穩(wěn)定氧化鋯(“SSZ”)、氧化鈧氧化鈰穩(wěn)定氧化鋯(“SCSZ”)或其混合物的陶瓷材料來制作。而其中更可包括有YSZ、SSZ、氧化鈧氧化鈰穩(wěn)定氧化鋯(SCSZ)或是經(jīng)摻雜氧化鈰的材料(GDC)。

而US2009/0136821該篇專利中所提到的額外夾層4及另一夾層6主要目的是為了于高溫處理時(shí)，陽極或陰極有可能會(huì)與電解質(zhì)層反應(yīng)，因此添加夾層4、6做為一化學(xué)反應(yīng)阻絕層(barrier layer或buffer layer)使用，來避免陽極或陰極與電解質(zhì)層反應(yīng)；但即使此篇專利中有提到夾層的概念，但仍會(huì)遇到如同前述專利的問題一般，由于電解質(zhì)層的離子導(dǎo)電比例無法達(dá)到100％，故此篇專利中亦會(huì)因電子導(dǎo)電的存在而造成損耗，故即使使用多層結(jié)構(gòu)，若沒有考慮到因電子導(dǎo)電的存在所造成的損耗，同樣亦會(huì)因?yàn)殡娮訉?dǎo)電而造成開路電壓下降及高溫的功率及高溫的功率及等問題發(fā)生。

因此，為了克服上述缺點(diǎn)，若能夠于上電極層與電解質(zhì)層之間、下電極層與電解質(zhì)層之間或是兩個(gè)電解質(zhì)層之間設(shè)置至少一層的電子阻絕層，用以阻絕電子導(dǎo)電以避免電子導(dǎo)電的問題發(fā)生，以避免因因電子導(dǎo)電的存在所造成的損耗，因此本發(fā)明應(yīng)為一最佳解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種陶瓷電池結(jié)構(gòu)，其進(jìn)行添加電子阻絕層，而電子阻絕層的存在將能夠阻絕電子導(dǎo)電以避免電子導(dǎo)電的問題發(fā)生，以提高整體制程后的電池表現(xiàn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了一種陶瓷電池結(jié)構(gòu)，其特征在于包含：

一上電極層；

一下電極層；以及

其中該上電極層與該下電極層之間更設(shè)置有一個(gè)或一個(gè)以上的電解質(zhì)層及一個(gè)或一個(gè)以上的電子阻絕層。

其中，該電解質(zhì)層為Bi₂O₃基摻雜氧化物、CeO₂基摻雜氧化物、ZrO₂基摻雜氧化物、ThO₂基摻雜氧化物、HfO₂基摻雜氧化物或LaGaO₃基摻雜氧化物。

其中，該LaGaO₃基摻雜氧化物為Sr、Mg、Co中的任一個(gè)或任多個(gè)元素來摻雜LaGaO₃。

其中，該CeO₂基摻雜氧化物系為Sm、Gd或La元素來摻雜CeO₂。

其中，該ZrO₂基摻雜氧化物系為Y或Sc元素來安定ZrO₂。

其中，該電子阻絕層的離子導(dǎo)電比率需大于95％。

其中，該電子阻絕層為Bi₂O₃基摻雜氧化物、ZrO₂基摻雜氧化物、ThO₂基摻雜氧化物、HfO₂基摻雜氧化物或LaGaO₃基摻雜氧化物。

其中，該LaGaO₃基摻雜氧化物系為Sr、Mg、Co中的任一個(gè)或任多個(gè)元素來摻雜LaGaO₃。

其中，該ZrO₂基摻雜氧化物為Y或Sc元素來安定ZrO₂。

其中，該電解質(zhì)層的厚度介于0.1μ至50μ之間。

其中，該電子阻絕層的厚度介于0.1μ至50μ之間。

其中，該電解質(zhì)層位于該上電極層與該下電極層之間，而該電子阻絕層設(shè)置于該上電極層與該電解質(zhì)層之間。

其中，該電解質(zhì)層位于該上電極層與該下電極層之間，而該電子阻絕層系設(shè)置于該電解質(zhì)層與該下電極層之間。

還公開了一種陶瓷電池結(jié)構(gòu)，其特征在于包含：

一上電極層；

一下電極層；

一電子阻絕層，位于該上電極層與該下電極層之間；

一第一電解質(zhì)層，設(shè)置于該上電極層與該電子阻絕層之間；以及

一第二電解質(zhì)層，設(shè)置于該電子阻絕層與該下電極層之間。

其中，該第一電解質(zhì)層或/及第二電解質(zhì)層為Bi₂O₃基摻雜氧化物、CeO₂基摻雜氧化物、ZrO₂基摻雜氧化物、ThO₂基摻雜氧化物、HfO₂基摻雜氧化物或LaGaO₃基摻雜氧化物。

其中，該LaGaO₃基摻雜氧化物系為Sr、Mg、Co中的任一個(gè)或任多個(gè)元素來摻雜LaGaO₃。

其中，該CeO₂基摻雜氧化物系為Sm、Gd或La元素來摻雜CeO₂。

其中，該ZrO₂基摻雜氧化物系為Y或Sc元素來安定ZrO₂。

其中，該電子阻絕層的離子導(dǎo)電比率需大于95％。

其中，該電子阻絕層為Bi₂O₃基摻雜氧化物、ZrO₂基摻雜氧化物、ThO₂基摻雜氧化物、HfO₂基摻雜氧化物或LaGaO₃基摻雜氧化物。

其中，該LaGaO₃基摻雜氧化物為Sr、Mg、Co中的任一個(gè)或任多個(gè)元素來摻雜LaGaO₃。

其中，該ZrO₂基摻雜氧化物系為Y或Sc元素來安定ZrO₂。

其中，該第一電解質(zhì)層的的厚度介于0.1μ至50μ之間。

其中，該第二電解質(zhì)層的厚度介于0.1μ至50μ之間。

其中，該電子阻絕層的厚度介于0.1μ至50μ之間。

通過上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了如下技術(shù)效果：

1、電子阻絕層的存在將能夠克服單獨(dú)使用電解質(zhì)層的缺點(diǎn)，并提高整體制程后電池表現(xiàn)。

2、使用高離子導(dǎo)電比例的電子阻絕層與電解質(zhì)層結(jié)合，來阻絕電子導(dǎo)電。

3、加入電子阻絕層后，能夠避免電子導(dǎo)電的問題發(fā)生，并增加開路電壓及功率密度。

附圖說明

圖1：本發(fā)明陶瓷電池結(jié)構(gòu)的第一實(shí)施結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2：本發(fā)明陶瓷電池結(jié)構(gòu)的制程流程示意圖。

圖3A：本發(fā)明陶瓷電池結(jié)構(gòu)的第一實(shí)施的量測(cè)電壓及功率密度對(duì)電流密度的關(guān)系示意圖。

圖3B：本發(fā)明陶瓷電池結(jié)構(gòu)的第一實(shí)施的量測(cè)后數(shù)據(jù)資料示意圖。

圖4A：習(xí)用純SDC的量測(cè)電壓及功率密度對(duì)電流密度的關(guān)系示意圖。

圖4B：習(xí)用純SDC的量測(cè)后數(shù)據(jù)資料示意圖。

圖5：本發(fā)明陶瓷電池結(jié)構(gòu)的第二實(shí)施結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6：本發(fā)明陶瓷電池結(jié)構(gòu)的第三實(shí)施結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7A：本發(fā)明陶瓷電池結(jié)構(gòu)的第四實(shí)施立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7B：本發(fā)明陶瓷電池結(jié)構(gòu)的第四實(shí)施側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8A：本發(fā)明陶瓷電池結(jié)構(gòu)的第四實(shí)施的量測(cè)電壓及功率密度對(duì)電流密度的關(guān)系示意圖。

圖8B：本發(fā)明陶瓷電池結(jié)構(gòu)的第四實(shí)施的量測(cè)后數(shù)據(jù)資料示意圖。

具體實(shí)施方式

有關(guān)于本發(fā)明其他技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)與功效，在以下配合參考圖式的較佳實(shí)施例的詳細(xì)說明中，將可清楚的呈現(xiàn)。

請(qǐng)參閱圖1，為本發(fā)明陶瓷電池結(jié)構(gòu)的第一實(shí)施結(jié)構(gòu)示意圖，由圖中可知，該陶瓷電池結(jié)構(gòu)包含有一上電極層1、一下電極層2、一第一電解質(zhì)層3、一電子阻絕層4及一第二電解質(zhì)層5，其中該第一電解質(zhì)層3設(shè)置于該上電極層1與該電子阻絕層4之間，另外該第二電解質(zhì)層5設(shè)置于該電子阻絕層4與該下電極層2之間；

而本實(shí)施例中所揭露的上電極層1為陰極(但亦能夠?yàn)殛枠O)，而下電極層2為陽極(但亦能夠?yàn)殛帢O)，且該第一電解質(zhì)層3及第二電解質(zhì)層5為以下電解質(zhì)材料所形成，電解質(zhì)材料能夠?yàn)椤窧i₂O₃基摻雜氧化物」、「CeO₂基摻雜氧化物」、「ZrO₂基摻雜氧化物」、「ThO₂基摻雜氧化物」、「HfO₂基摻雜氧化物」或「LaGaO₃基摻雜氧化物」，其中該LaGaO₃基摻雜氧化物能夠?yàn)镾r、Mg或Co等元素來摻雜LaGaO₃、Sr或Mg等元素來摻雜LaGaO₃、其中該CeO₂基摻雜氧化物系能夠?yàn)镾m、Gd或La等元素來摻雜CeO₂、其中該ZrO₂基摻雜氧化物系能夠?yàn)閅或Sc等元素來安定ZrO₂。

而上述的電極層的材料若能夠使用離子導(dǎo)電比例為100％是最好的情況，但大多電極層的離子導(dǎo)電比例為小于98％，由于總導(dǎo)電度是電子導(dǎo)電加上離子導(dǎo)電(σ_T＝σ_i+σ_e)，其中電解質(zhì)層最完美的情況下應(yīng)該是等于100％離子導(dǎo)電，但實(shí)際的情況下，電解質(zhì)層的離子導(dǎo)電比例大多是小于98％(其中電子導(dǎo)電度并非為0％)，由于電子導(dǎo)電會(huì)造成損耗，故本發(fā)明才會(huì)除了電解質(zhì)層之外，增加了一層以上的電子阻絕層，用以于電子導(dǎo)電時(shí)，透過該電子阻 絕層進(jìn)行阻絕，而本發(fā)明最佳的情況下，所使用的電子阻絕層的離子導(dǎo)電比例必須等于或大于95％(例如95％、95.5％、96％、96.5％、97％、97.5％、98％、98.5％、99％、100％)，但本發(fā)明亦能夠應(yīng)用任何離子導(dǎo)電比例為0～100％的電解質(zhì)材料進(jìn)行實(shí)施。

而電子阻絕層4系為以下電解質(zhì)材料所形成，電解質(zhì)材料能夠?yàn)椤窧i₂O₃基摻雜氧化物」、「CeO₂基摻雜氧化物」、「ZrO₂基摻雜氧化物」、「ThO₂基摻雜氧化物」、「HfO₂基摻雜氧化物」或「LaGaO₃基摻雜氧化物」，其中該LaGaO₃基摻雜氧化物系能夠?yàn)镾r、Mg、Co等元素來摻雜LaGaO₃、Sr、Mg等元素來摻雜LaGaO₃、其中該ZrO₂基摻雜氧化物系能夠?yàn)閅或Sc等元素來安定ZrO₂。

而本發(fā)明陶瓷電池結(jié)構(gòu)的制程流程示意圖，如圖2所示，其流程為：

(1)刮帶成型的漿料采用兩階段球磨制程，球磨材為氧化鋯球體，溶劑使用甲苯與酒精的混合液，重量比6:4，加入分散劑可以漿料中顆粒分散不會(huì)團(tuán)聚，另外添加粘結(jié)劑及塑化劑，用于后續(xù)刮帶成形時(shí)，使薄帶有連結(jié)支撐的力量201；

(2)陽極為NiO與SDC混合體，NiO與SDC重量比為6:4，并且填加碳黑為造孔劑。使用刮帶成形法制備陽極、電解質(zhì)層及電子阻絕層，共燒于1250到1500℃之間202；

(3)陰極層使用網(wǎng)印技術(shù)印在燒結(jié)完成的電解質(zhì)上方，燒結(jié)溫度1000到1200℃之間203。

而上述本發(fā)明陶瓷電池結(jié)構(gòu)的制程流程僅是一種實(shí)施方式，但于實(shí)際上制程并沒有限制，任何制程皆可，刮刀成型法，濺鍍法、涂布法，網(wǎng)印法、壓碇法。而本發(fā)明的制程必須克服燒結(jié)匹配性、熱膨脹匹配性、化學(xué)匹配性、燒結(jié)收縮率匹配性，且本發(fā)明制程過程中陽極燒結(jié)溫度范圍為1250～1500℃、陰極燒結(jié)溫度范圍:1000～1200℃，另外經(jīng)過制程后的第一電解質(zhì)層3、第二電解質(zhì)層5及電子阻絕層4的厚度介于0.1μ至50μ(0.1、0.5、2.5、5、7.5、10、12.5、15、17.5、20、22.5、25、27.5、30、32.5、35、37.5、40、42.5、45、47.5、50)之間，而不同層結(jié)構(gòu)厚度能夠不同，能夠達(dá)成的效果亦有些微差異，由于厚度能夠決定性質(zhì)，原則上厚度大于一定程度(看材料而定)，功率會(huì)下降，但是電解質(zhì)膜穩(wěn)定性及機(jī)械性較好。

而本發(fā)明的第一實(shí)施制程后(第一電解質(zhì)層3及第二電解質(zhì)層5使用SDC，電子阻絕層4使用LSGM)經(jīng)過電性量測(cè)，其結(jié)果如圖3A及圖3B所示，為了與習(xí)用純SDC(陰極+SDC+陽極)進(jìn)行比較，則將習(xí)用純SDC的圖4A及圖4B經(jīng)電性量測(cè)后所得結(jié)果與本實(shí)施例的電性量測(cè)(于不同溫度下，量測(cè)電壓及功率密度對(duì)電流密度 的關(guān)系)的結(jié)果進(jìn)行比較，由本發(fā)明第一實(shí)施的圖3A、圖3B及習(xí)用用純SDC的圖4A及圖4B可知，本發(fā)明第一實(shí)施中共有6組實(shí)施組(550、600、650、700、750、800℃)，而習(xí)用純SDC則有5組實(shí)施組(500、550、600、650、700℃)，比較如下：

(1)本發(fā)明第一實(shí)施中，550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃這六組的實(shí)施組中(如圖3A及圖3B所示)，最高開路電壓皆比純SDC(如圖4A及圖4B所示)高，以650℃來看，本發(fā)明第一實(shí)施為0.968V，而純SDC為0.79V，明顯可知，650℃中本發(fā)明第一實(shí)施最高開路電壓會(huì)比純SDC所得的最高開路電壓來得高。

(2)而由圖4A可知，純SDC無法在650℃以上維持長(zhǎng)時(shí)間，而由圖3A可知，本發(fā)明第一實(shí)施可以在650℃以上維持長(zhǎng)時(shí)間。

(3)另外，再由功率密度來看，將圖3B及圖4B比較可知，本發(fā)明第一實(shí)施最高功率在800℃為1.08W/cm²，而純SDC最高功率密度在650℃為1.11W/cm²。

(4)綜所皆知，習(xí)用的純SDC與純LSGM的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)為：

(a)使用純SDC的優(yōu)點(diǎn)為中低溫離子導(dǎo)電率最高、燒結(jié)溫度低、陰極與陽極材料匹配性好；

(b)使用純SDC的缺點(diǎn)除了是使用在600℃以下之外，其Ce⁴⁺離子容易在還原氣氛下還原成Ce³⁺離子，故致使電解質(zhì)的電子導(dǎo)電度提高、并使開路電壓降低等缺點(diǎn)；

(c)使用純LSGM的優(yōu)點(diǎn)為開路電壓高、還原氣氛下化學(xué)性質(zhì)安定、可使用在600℃以上；

(d)使用純LSGM的缺點(diǎn)為燒結(jié)溫度高、燒結(jié)時(shí)成分容易改變、活性高容易與陽極或陰極材料反應(yīng)。

(5)延續(xù)上述習(xí)用的純SDC與純LSGM的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)的內(nèi)容，再經(jīng)由本發(fā)明的圖3A及圖3B的量測(cè)結(jié)果可知，結(jié)合電子阻絕層(LSGM)及電解質(zhì)層(SDC)則能夠克服純SDC及純LSGM所帶來的缺點(diǎn)，并保持純SDC及純LSGM所具有的優(yōu)點(diǎn)，由于單獨(dú)使用電解質(zhì)層，其缺點(diǎn)是會(huì)造成電子導(dǎo)電的問題，因此發(fā)生開路電壓下降及高溫的功率，但由量測(cè)結(jié)果可知，加入電子阻絕層后，能夠避免電子導(dǎo)電的問題發(fā)生，并增加開路電壓及700度以上功率密度。

而除了第一實(shí)施之外，更能夠僅使用單一層的電解質(zhì)層與單一層的電子阻絕層來達(dá)到相同目的，如圖5所示，其制程后的結(jié)構(gòu)僅具有第一電解質(zhì)層3與電子阻絕層4，而不具有第二電解質(zhì)層5，除此之外，亦能夠?qū)⒌谝浑娊赓|(zhì)層3與電子阻絕層4的制程后的結(jié)構(gòu)改變?nèi)鐖D6所示，使該電子阻絕層4設(shè)置于該上電極層1與該第一電解質(zhì)層3之間，而圖5及圖6所揭露的結(jié)構(gòu)亦能夠達(dá)到如同本發(fā)明第一實(shí)施 的效果，故其量測(cè)結(jié)果不再額外贅述。

而本發(fā)明是以SDC與LSGM的結(jié)合來與單獨(dú)使用SDC或LSGM進(jìn)行比較，明顯可以發(fā)現(xiàn)SDC與LSGM的結(jié)合能夠使單獨(dú)使用SDC或LSGM的缺點(diǎn)消失，并進(jìn)行保留單獨(dú)使用SDC或LSGM的優(yōu)點(diǎn)，因此本發(fā)明的電解質(zhì)層與電子阻絕層的電解質(zhì)材料的選擇會(huì)挑選不同的材料/或是不同特性的材料(但若是不只一層電解質(zhì)層或是電子阻絕層，有可能會(huì)使用相同的材料)，由于單獨(dú)使用電解質(zhì)層可能因?yàn)殡娮訉?dǎo)電的問題造成開路電壓下降及高溫的功率，但加入電子阻絕層后，則可以避免電子導(dǎo)電的問題；因此在挑選電解質(zhì)層與電子阻絕層的電解質(zhì)材料時(shí)，如若電子阻絕層所使用的材料無法克服電解質(zhì)層所使用的材料的缺點(diǎn)(及/或是電解質(zhì)層所使用的材料無法克服電子阻絕層所使用的材料的缺點(diǎn))，則不在本發(fā)明的考慮范圍內(nèi)。

另外，上電極層1與一下電極層2之間能夠至少使用一個(gè)電解質(zhì)層與一個(gè)電子阻絕層，但亦能夠使用一個(gè)電解質(zhì)層與多個(gè)電子阻絕層或是多個(gè)電解質(zhì)層與一個(gè)電子阻絕層或是多個(gè)電解質(zhì)層與多個(gè)電子阻絕層，而電解質(zhì)層與電子阻絕層的排列可能性如下一種、多種或是混合：

(1)電解質(zhì)層其中一面與上電極層1接觸，另一面則是與電子阻絕層接觸；

(2)電解質(zhì)層其中一面與下電極層2接觸，另一面則是與電子阻絕層接觸；

(3)電子阻絕層其中一面與上電極層1接觸，另一面則是與電解質(zhì)層接觸；

(4)電子阻絕層其中一面與下電極層2接觸，另一面則是與電解質(zhì)層接觸；

(5)當(dāng)有一個(gè)或多個(gè)電子阻絕層與一個(gè)或多個(gè)電解質(zhì)層同時(shí)設(shè)置于該上電極層1與下電極層2之間時(shí)，至少兩個(gè)電子阻絕層之間具有一個(gè)電解質(zhì)層或是至少兩個(gè)電解質(zhì)層之間具有一個(gè)電子阻絕層。

而前述實(shí)施例中皆是以平板結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)，但亦能夠設(shè)計(jì)為管狀結(jié)構(gòu)，如圖7A及圖7B所示，其中最外圈系為一外圈電極層6(系以LSCF+GDC材料結(jié)合做為一陰極使用，但亦能夠?qū)⑼馊﹄姌O層6做為一陽極使用)，而最內(nèi)圈系為一內(nèi)圈電極層7(系以NiO+GDC材料混合做為一陽極使用，但亦能夠?qū)?nèi)圈電極層7做為一陰極使用)，而該外圈電極層6與該內(nèi)圈電極層7之間系具有一電解質(zhì)層8(材料為GDC)及一電子阻絕層9(材料為L(zhǎng)SGM)，其中該電解質(zhì)層8與該內(nèi)圈電極層7相接觸、電子阻絕層9與該外圈電極層6相接觸；

而將第四實(shí)施的管狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行量測(cè)后，則能夠取得如圖8A及圖8B所示的量測(cè)電壓及功率密度對(duì)電流密度的關(guān)系示意圖與數(shù)據(jù)資料示意圖，將第四實(shí)施的實(shí)驗(yàn)結(jié)果(如圖8A及圖8B所示)與純SDC的實(shí)驗(yàn)結(jié)果(如圖4A及圖4B所示)進(jìn)行比較，比較如下：

(1)由圖8A及圖8B可知，650℃這一組的實(shí)施組的最高開路電壓為0.91，故明顯比純SDC于650℃的最高開路電壓高(如圖4A及圖4B所示)，甚至純SDC于700 ℃時(shí)，最高開路電壓則是0.73V，但第四實(shí)施中，于700℃時(shí)，最高開路電壓則是0.88V，故本發(fā)明第四實(shí)施最高開路電壓會(huì)比純SDC所得的最高開路電壓來得高。

(2)而將圖8A與圖4A比較可知，純SDC無法在650℃以上維持長(zhǎng)時(shí)間，然而本發(fā)明第四實(shí)施由圖8A中可知，能夠在650℃以上維持長(zhǎng)時(shí)間。

(3)另外，再由功率密度來看，將圖8B與圖4B比較可知，雖然功率密度比純SDC低，但由于圖4A及圖4B的純SDC是以平板結(jié)構(gòu)進(jìn)行量測(cè)所取得的數(shù)據(jù)，但若是純SDC以管狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行量測(cè)時(shí)，本發(fā)明第四實(shí)施的特性必然會(huì)比純SDC以管狀結(jié)構(gòu)所取得的量測(cè)結(jié)果來的好。

由上述可知，本發(fā)明使用管狀結(jié)構(gòu)亦能夠達(dá)到本發(fā)明的目的，雖然本發(fā)明的陶瓷電池結(jié)構(gòu)以平板結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)，但由第四實(shí)施中可知，亦能夠設(shè)計(jì)為管狀結(jié)構(gòu)，主要是依據(jù)不同的應(yīng)用而能夠設(shè)計(jì)為不同形狀的結(jié)構(gòu)，但結(jié)構(gòu)內(nèi)部的層狀堆迭的結(jié)構(gòu)層內(nèi)容則是如本發(fā)明中所述，故不再額外贅述。

另外，不論是幾層的結(jié)構(gòu)、平板或是管狀結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的電解質(zhì)層與電子阻絕層在燒制時(shí)，必須要考慮不同層間是否會(huì)有第二相的產(chǎn)生，熱膨脹系數(shù)要能夠互相批配，這樣成型后才不會(huì)產(chǎn)生龜裂或?qū)优c層分離。各層間材料之間必須要有化學(xué)匹配性，除了結(jié)合性要好，更要具有高的傳遞氧離子能力，使電池片仍具有高導(dǎo)電的特能，另外電子阻絕層4必須具有不影響上、下電極的觸媒作用的性質(zhì)，才能加入使用。

本發(fā)明所提供的陶瓷電池結(jié)構(gòu)，與其他習(xí)用技術(shù)相互比較時(shí)，其優(yōu)點(diǎn)如下：

(1)本發(fā)明能夠進(jìn)行添加電子阻絕層，而電子阻絕層的存在將能夠克服單獨(dú)使用電解質(zhì)層的缺點(diǎn)，并提高整體制程后電池表現(xiàn)。

(2)由于一般電解質(zhì)層的無法100％離子導(dǎo)電，故會(huì)有電子導(dǎo)電，而于電子導(dǎo)電時(shí)則會(huì)產(chǎn)生損耗，故本發(fā)明使用高離子導(dǎo)電比例的電子阻絕層與電解質(zhì)層結(jié)合，來阻絕電子導(dǎo)電。

(3)若單獨(dú)使用電解質(zhì)層，其缺點(diǎn)是會(huì)造成電子導(dǎo)電的問題，因此發(fā)生開路電壓下降及高溫的功率，但本發(fā)明加入電子阻絕層后，能夠避免電子導(dǎo)電的問題發(fā)生，并增加開路電壓及700度以上功率密度。

本發(fā)明已透過上述的實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此一技術(shù)領(lǐng)域具有通常知識(shí)者，在了解本發(fā)明前述的技術(shù)特征及實(shí)施例，并在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的專利保護(hù)范圍須視本說明書所附的權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。