[发明专利]电池结构体及其制造方法以及燃料电池

权利要求书

1.一种电池结构体，包括：

阴极；

阳极；和

介于所述阴极和所述阳极之间的质子传导性固体电解质层，其中

所述固体电解质层包含具有钙钛矿结构并且含有锆、铈和除铈以外的稀土元素的化合物，

所述除铈以外的稀土元素包括钇(Y)、钪(Sc)、钕(Nd)、钐(Sm)、钆(Gd)、镱(Yb)、钬(Ho)、铒(Er)、或者铥(Tm)，

如果所述固体电解质层的厚度为T，

则在距离所述固体电解质层的与所述阴极相对的表面0.25T的位置处的锆与铈的元素比：Zr_C/Ce_C，以及在距离所述固体电解质层的与所述阳极相对的表面0.25T的位置处的锆与铈的元素比：Zr_A/Ce_A，满足Zr_C/Ce_CZr_A/Ce_A，且Zr_C/Ce_C1。

2.根据权利要求1所述的电池结构体，其中

所述元素比Zr_C/Ce_C≥2，并且

所述元素比Zr_A/Ce_A2。

3.根据权利要求1或2所述的电池结构体，其中所述化合物由式(1)表示：

A1Zr_xCe_yB1_1-x-yO_3-δ

其中A1为碱土金属元素；B1为除铈以外的稀土元素，所述除铈以外的稀土元素包括钇(Y)、钪(Sc)、钕(Nd)、钐(Sm)、钆(Gd)、镱(Yb)、钬(Ho)、铒(Er)、或者铥(Tm)；0.4x≤0.6；0y≤0.4；以及δ为氧缺乏量。

4.一种用于制造电池结构体的方法，包括：

第一步骤，其中提供阴极材料、阳极材料和固体电解质，所述固体电解质包含由式(2)表示的化合物Z：

A2Zr_x1Ce_y1B2_1-x1-y1O_3-δ

其中A2为碱土金属元素；B2为除铈以外的稀土元素，所述除了铈以外的稀土元素包括钇(Y)、钪(Sc)、钕(Nd)、钐(Sm)、钆(Gd)、镱(Yb)、钬(Ho)、铒(Er)、或者铥(Tm)；x1/y11；0.4≤x1≤1；0≤y1≤0.5；以及δ为氧缺乏量，和由式(3)表示的化合物C：

A3Zr_x2Ce_y2B3_1-x2-y2O_3-δ

其中A3为碱土金属元素；B3为除铈以外的稀土元素，所述除了铈以外的稀土元素包括钇(Y)、钪(Sc)、钕(Nd)、钐(Sm)、钆(Gd)、镱(Yb)、钬(Ho)、铒(Er)、或者铥(Tm)；x1/y1x2/y2；0≤x20.5；0.4≤y2≤1；以及δ为氧缺乏量；

第二步骤，其中将所述阳极材料形成为阳极形状；

第三步骤，其中在成形的所述阳极材料的表面上沉积所述化合物C；

第四步骤，其中在所沉积的化合物C的表面上沉积所述化合物Z，并且对所述化合物Z进行烧结以形成固体电解质层；以及

第五步骤，其中在所述固体电解质层的表面上沉积所述阴极材料并对所述阴极材料进行烧结。

5.一种燃料电池，其包括根据权利要求1至3中任意一项所述的电池结构体，

其中所述燃料电池具有用于向所述阴极提供氧化剂的氧化剂通道和用于向所述阳极提供燃料的燃料通道。