电池单体、对称型电池、电池堆及能量转换装置

技术领域

本发明涉及固体氧化物电池技术领域，尤其涉及一种电池单体、对称型电池、电池堆及能量转换装置。

背景技术

固体氧化物电池是一种全固态能量转换装置，在未来能源、环境保护方面具有光明的应用前景。固体氧化物电池通常由燃料极、电解质和空气极组成，且当固体氧化物电池单体的尺寸较大时，由于大尺寸电池单体的制备工艺条件苛刻，电池单体的一致性和可靠性难以保证。

发明内容

基于此，本发明提供了一种电池单体、对称型电池、电池堆及能量转换装置，以解决大尺寸单电池一致性和可靠性差的问题。

本发明的第一方面，提供了一种固体氧化物电池单体，包括多个电池单元，各所述电池单元包括燃料极、电解质单元和空气极；多个所述电池单元的电解质单元连接为一体形成所述固体氧化物电池单体的电解质层，所述燃料极位于所述电解质层的第一表面上，所述空气极位于所述电解质层的第二表面上，各所述电池单元的所述燃料极和所述空气极在所述电解质层上的投影重合。

在一些实施例中，各所述电池单元还包括位于所述电解质层和所述空气极之间的阻挡层，所述燃料极、所述阻挡层和所述空气极在所述电解质层上的投影重合。

在一些实施例中，各所述电池单元在所述电解质层的第一表面上和第二表面上分别设置有容纳槽，各所述电池单元的所述第一表面的容纳槽和所述第二表面的容纳槽相对设置；所述燃料极位于所述第一表面的容纳槽内，所述阻挡层位于所述第二表面的容纳槽内。

在一些实施例中，相邻所述电池单元之间等间距设置。

在一些实施例中，所述空气极中设置有空气通道，所述燃料极中设置有燃料气通道。

在一些实施例中，所述电解质层的厚度为50μm～1000μm；和/或所述燃料极的厚度为1μm～200μm；和/或所述空气极的厚度为1μm～200μm；和/或所述阻挡层的厚度为0.1μm～50μm。

在一些实施例中，所述电解质层第一表面上的多个所述燃料极的远离所述电解质层的端部相对于所述电解质层在同一高度处；所述电解质层第二表面上的多个所述空气极的远离所述电解质层的端部相对于所述电解质层在同一高度处。

在一些实施例中，所述电解质层包括掺杂氧化锆材料；

可选地，所述掺杂氧化锆材料包括钇稳定的氧化锆和钪稳定的氧化锆中的一种或多种。

在一些实施例中，所述燃料极包括复合金属陶瓷材料，所述复合金属陶瓷材料包括氧化镍和陶瓷材料，所述氧化镍和所述陶瓷材料的质量比为(0.25～4):1；

可选地，所述陶瓷材料包括钇稳定的氧化锆、钪稳定的氧化锆、钆掺杂的氧化铈、钐掺杂的氧化铈和镧掺杂的氧化铈中的一种或多种。

在一些实施例中，所述阻挡层包括掺杂氧化铈材料；

可选地，所述掺杂氧化铈材料包括钆掺杂的氧化铈、钐掺杂的氧化铈和镧掺杂的氧化铈中的一种或多种；

可选地，所述阻挡层还包括烧结助剂，所述烧结助剂包括氧化铜、氧化铋、氧化锂和氧化钴中的一种或多种，所述烧结助剂在所述阻挡层中的质量百分比为0.2％～5％。

在一些实施例中，所述空气极包括复合空气极材料，所述复合空气极材料包括电子电导相和离子电导相，所述电子电导相和所述离子电导相的质量比为(3/7～4)：1；

可选地，所述电子电导相包括镧锶钴铁、镧锶钴和镧锶锰中的一种或多种；和/或所述离子电导相包括钇稳定的氧化锆、钪稳定的氧化锆、钆掺杂的氧化铈、钐掺杂的氧化铈和镧掺杂的氧化铈中的一种或多种。

本发明的第二方，提供了一种本发明第一方面所述的固体氧化物电池单体的制备方法，包括如下步骤：

制备电解质层；

在所述电解质层的第一表面上制备多个燃料极；

在所述电解质层的第二表面上制备多个空气极；

或，在所述电解质层的第二表面上制备多个阻挡层，在各所述阻挡层上制备空气极。

在一些实施例中，制备电解质层时的烧结温度为800～1600℃，烧结时间为1～5h；和/或制备阻挡层时的烧结温度为800～1400℃，烧结时间为1～5h。

在一些实施例中，采用复合金属陶瓷材料和造孔剂制备燃料极，采用复合空气极材料和造孔剂制备空气极；

优选地，制备燃料极时的烧结温度为800～1500℃，烧结时间为1～6h，制备空气极时的烧结温度为600～1400℃，烧结时间为1～5h；

进一步优选地，所述造孔剂包括炭黑、淀粉、聚甲基丙烯酯甲酯微球和聚苯乙烯微球中的一种或多种，制备所述燃料极和/或所述空气极时所述造孔剂占总原料的质量百分比为1％～15％。

本发明的第三方面，提供了一种对称型电池，包括两个相对设置的本发明第一方面所述的固体氧化物电池单体，所述两个固体氧化物电池单体的燃料极相互靠近，所述两个固体氧化物电池单体的电解质层之间密封，且所述两个固体氧化物电池单体的电解质层之间设置有燃料气进出通道和导电连接装置。

本发明的第四方面，提供了一种电池堆，包括多个如本发明第一方面所述的固体氧化物电池单体或多组如本发明第三方面所述的对称型电池。

本发明的第五方面，提供了一种能量转换装置，包括如本发明第一方面所述的固体氧化物电池单体、本发明第三方面所述的对称型电池或本发明第四方面所述的电池堆。

本发明提供的电池单体、对称型电池、电池堆及能量转换装置，该固体氧化物电池单体由数个小尺寸的电池单元组成，且各电池单元分别包括电解质单元、空气极、燃料极，多个电解质单元连接为一体形成固体氧化物电池单体的电解质层，通过将大尺寸的电池单体设置成数个小尺寸的电池单元，优化了电池的尺寸，有效克服了大尺寸的电池一致性和可靠性差的问题。

附图说明

图1为本发明实施例提供的固体氧化物电池单体10的截面示意图；

图2为本发明实施例提供的固体氧化物电池单体20的截面示意图；

图3为本发明实施例提供的对称型电池200的截面示意图；

图4为本发明实施例提供的固体氧化物电池单体30的截面示意图；

图5为本发明实施例提供的对称型电池300的截面示意图；

图6为本发明实施例提供的对称型电池的立体图；

图7为本发明实施例提供的电池单元的一致性测试结果示意图；其中图中横坐标表示电流密度，图中左边纵坐标表示电势，右边纵坐标表示功率密度。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本发明中，涉及到数值区间，如无特别说明，上述数值区间内视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特性时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

固体氧化物电池是一种全固态能量转换装置，既可以作为固体氧化物燃料电池(SOFC)直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效地转化成电能，具有发电效率高、绿色环保等特点；也可以作为固体氧化物电解池(SOEC)将热能和电能高效环保地直接转化为燃料中化学能。SOEC可以看作SOFC的逆向运行装置，固体氧化物电池技术在未来能源、环境保护方面具有光明的应用前景。

固体氧化物电池通常由燃料极、电解质和空气极组成，且当固体氧化物电池单体的尺寸较大时，由于大尺寸电池单体的制备工艺条件苛刻，电池单体的一致性和可靠性难以保证。固体氧化物电池运行温度一般在700～1000℃，高温操作环境对密封部件的要求更高，由于密封部件失效或者元素扩散会降低电池的使用寿命。

此外，目前常见的电池堆通常由单电池通过连接体堆叠而成，一旦单电池出现任何问题，将导致整个电池堆寿命大幅度降低甚至无法工作。

请参照图1，本发明实施例提供一种固体氧化物电池单体10，包括多个电池单元，各电池单元包括燃料极11、电解质单元和空气极13，多个电池单元的电解质单元连接为一体形成固体氧化物电池单体10的电解质层12，燃料极11位于电解质层12的第一表面上，空气极13位于电解质层12的第二表面上，各电池单元的燃料极11和空气极13在电解质层12上的投影重合。

请参阅图2，本发明实施例提供一种固体氧化物电池单体20，包括多个电池单元，各电池单元包括燃料极21、电解质单元、阻挡层24和空气极23；多个电池单元的电解质单元连接为一体形成固体氧化物电池单体20的电解质层22；燃料极21位于电解质层层22的第一表面上，阻挡层24位于电解质层22的第二表面上，空气极23位于阻挡层24的表面上，燃料极21、阻挡层24和空气极23在电解质层22上的投影重合。通过设置阻挡层，能够防止空气极和电解质层之间发生反应，提供固体氧化物电池单体的安全性和耐久性。

请参阅图4，本发明实施例提供的种固体氧化物电池单体30，包括多个电池单元，各电池单元包括燃料极31、电解质单元、阻挡层34和空气极33；多个电池单元的电解质单元连接为一体形成固体氧化物电池单体30的电解质层32；燃料极31位于电解质层32的第一表面的容纳槽内，阻挡层34位于电解质层32的第二表面的容纳槽内，空气极33位于阻挡层34的表面上，燃料极31、阻挡层34和空气极33在电解质层32上的投影重合。通过在电解质层的第一表面或/和第二表面设置容纳槽，能够进一步减小固体氧化物电池单体的厚度。

需要说明的是，燃料极位于电解质层的第一表面的容纳槽内，可以是指燃料极部分位于电解质层的第一表面的容纳槽内，燃料极在垂直于电解质层表面的方向的厚度大于电解质层的第一表面的容纳槽深度；也可以是指燃料极完全位于电解质层的第一表面的容纳槽内，燃料极在垂直于电解质层表面的方向的厚度小于或等于电解质层的第一表面的容纳槽深度。

阻挡层位于电解质层的第二表面的容纳槽内，可以是指阻挡层完全位于电解质层的第二表面的容纳槽内，阻挡层在垂直于电解质层表面的方向的厚度小于或等于电解质层的第二表面的容纳槽深度；也可以是指阻挡层部分位于电解质层的第二表面的容纳槽内，阻挡层在垂直于电解质层表面的方向的厚度大于电解质层的第二表面的容纳槽深度。

燃料极、阻挡层和空气极在电解质层上的投影重合，可以包括燃料极、阻挡层和空气极在电解质层上的投影截面大小相同的情况，也可以包括其中一个投影截面位于另外两个投影截面的范围内的情况，或者其中两个投影截面位于另外一个投影截面的范围内的情况。

本发明提及的固体氧化物电池单元可以是固体氧化物燃料电池单体，也可以是固体氧化物电解池单体，具体不做限定。

本发明提供的固体氧化物电池单体，由数个小尺寸的电池单元组成，且各电池单元分别包括电解质单元、空气极、燃料极，多个电解质单元连接为一体形成固体氧化物电池单体的电解质层，通过将大尺寸的电池单体设置成数个小尺寸的电池单元，优化了电池的尺寸，有效克服了大尺寸的电池一致性和可靠性差的问题。

在一些实施例中，相邻所述电池单体之间可以等间距设置，能够进一步提高固体氧化物电池单体的一致性和可靠性，并便于对称型电池的制备。

在一些实施例中，所述空气极中设置有空气通道，所述燃料极中设置有燃料气通道；便于固体氧化物电池工作时，燃料和气体的流通。

在一些实施例中，所述电解质层第一表面上的多个所述燃料极的远离所述电解质层的端部相对于所述电解质层在同一高度处；所述电解质层第二表面上的多个所述空气极的远离所述电解质层的端部相对于所述电解质层在同一高度处；能够进一步提高固体氧化物电池单体的一致性，并便于后续制备对称型电池。

在一些实施例中，所述电解质层的厚度可以为50μm～1000μm之间的任意值；例如，可以为50μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm或1000μm等，优选为200μm。

在一些实施例中，所述燃料极的厚度可以为1μm～200μm之间的任意值；例如，可以为1μm、20μm、50μm、80μm、100μm、125μm、150μm、180μm或200μm等，具体不做限定。

在一些实施例中，所述空气极的厚度可以为1μm～200μm之间的任意值；例如，可以为1μm、30μm、55μm、75μm、100μm、130μm、150μm、170μm或200μm等，具体不做限定。

在一些实施例中，所述阻挡层的厚度可以为0.1μm～50μm之间的任意值；例如，可以为0.1μm、5μm、10μm、20μm、30μm、35μm或40μm等，具体不做限定.

在一些实施例中，所述电解质层可以包括掺杂氧化锆材料；在其中的一些实施例中，所述掺杂氧化锆材料可以包括钇稳定的氧化锆和钪稳定的氧化锆中的一种或多种。

在一些实施例中，所述燃料极可以包括复合金属陶瓷材料，所述复合金属陶瓷材料可以包括氧化镍和陶瓷材料，所述氧化镍和所述陶瓷材料的质量比可以为(0.25～4):1，例如，可以为0.25:1、0.5：1、1:1、1.5:1、2:1、2.5:1、3:1、3.5:1或4:1等，优选为1.5:1；在其中的一些实施例中，所述陶瓷材料可以包括钇稳定的氧化锆、钪稳定的氧化锆、钆掺杂的氧化铈、钐掺杂的氧化铈和镧掺杂的氧化铈中的一种或多种。

在一些实施例中，所述阻挡层可以包括掺杂氧化铈材料；在其中的一些实施例中，所述掺杂氧化铈材料可以包括钆掺杂的氧化铈、钐掺杂的氧化铈和镧掺杂的氧化铈中的一种或多种。

在一些实施例中，所述阻挡层还可以包括烧结助剂，在其中的一些实施例中，所述烧结助剂可以包括氧化铜、氧化铋、氧化锂和氧化钴中的一种或多种，所述烧结助剂在所述阻挡层中的质量百分比可以为0.2％～5％，例如，可以为0.2％、0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％或5％等，优选为2％。

在一些实施例中，所述空气极可以包括复合空气极材料，所述复合空气极材料包括电子电导相和离子电导相，所述电子电导相和所述离子电导相的质量比为(3/7～4):1，例如，可以为3/7:1、1:1、1.5:1、2:1、2.5:1、3:1、3.5:1或4:1等，优选为1:1；在其中的一些实施例中，所述电子电导相可以包括镧锶钴铁、镧锶钴和镧锶锰中的一种或多种；所述离子电导相可以包括钇稳定的氧化锆、钪稳定的氧化锆、钆掺杂的氧化铈、钐掺杂的氧化铈和镧掺杂的氧化铈中的一种或多种。

本发明还提供了一种固体氧化物电池单体的制备方法，可以包括如下步骤：

制备电解质层；

在所述电解质层的第一表面上制备多个燃料极；

在所述电解质层的第二表面上制备多个空气极；

或，在所述电解质层的第二表面上制备多个阻挡层，在各所述阻挡层上制备空气极。

本发明提供的固体氧化物电池单体，制备工艺简单，节约制造成本，能够促进固体氧化物电池单体的大批量和商业化制备。

本发明中可以采用流延法制备电解质层，也可以采用本领域已知的常规方法来制备。本发明的电解质层的制备方法可以具体如下：采用流延法制备电解质层，然后进行烧结，烧结温度可以为800～1600℃，例如，可以为800℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃、1300℃、1400℃、1500℃或1600℃等，具体不做限定；烧结时间可以为1～5小时，例如，可以为1小时、2小时、3小时、4小时或5小时等，具体不做限定，形成致密电解质层。

本发明中可以采用丝网印刷法制备燃料极，也可以采用本领域已知的常规方法来制备。本发明的燃料极的制备方法可以具体如下：当电解质层的第一表面未设置容纳槽时，采用丝网印刷法按照规划的第一位置或第一图案在电解质层的第一表面上制备多个燃料极，然后进行烧结，烧结温度可以为800～1500℃，例如，可以为800℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃、1300℃、1400℃或1500℃等，具体不做限定；烧结时间可以为1-6小时，例如，可以为1小时、2小时、3小时、4小时、5小时或6小时等，具体不做限定；采用的原料中，造孔剂可以包括炭黑、淀粉、聚甲基丙烯酯甲酯微球和聚苯乙烯微球中的一种或多种，所述造孔剂占总原料的质量百分比可以为1％～15％，例如，可以为1％、3％、5％、7％、10％、12％或15％等，优选为7％。制备燃料极时加入造孔剂，可以形成燃料气通道。

本发明中可以采用丝网印刷法制备阻挡层，也可以采用本领域已知的常规方法来制备。本发明的阻挡层的制备方法可以具体如下：当电解质层的第二表面未设置容纳槽时，采用丝网印刷发按照规划的第二位置或第二图案在电解质层的第二表面上制备多个阻挡层，然后进行烧结，烧结温度可以为800～1400℃，例如，可以为800℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃、1300℃或1400℃等，具体不做限定；烧结时间可以为1-6小时，例如，可以为1小时、2小时、3小时、4小时或5小时等，具体不做限定；其中，第一位置或第一图案分别与第二位置或第二图案对应。

在一些实施例中，制备阻挡层的原料中还可以包括烧结助剂。

本发明中可以采用丝网印刷法制备空气极，也可以采用本领域已知的常规方法来制备。本发明的空气极的制备方法可以具体如下：采用丝网印刷法分别在多个阻挡层的表面上制备空气极，然后进行烧结，烧结温度可以为600～1400℃，例如，可以为600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃、1300℃或1400℃等，具体不做限定；烧结时间可以为1-5小时，例如，可以为1小时、2小时、3小时、4小时或5小时等，具体不做限定。采用的原料中，造孔剂可以包括炭黑、淀粉、聚甲基丙烯酯甲酯微球和聚苯乙烯微球中的一种或多种，所述造孔剂占总原料的质量百分比可以为1％～15％，例如，可以为1％、3％、5％、7％、10％、12％或15％等，优选为8％。制备空气时加入造孔剂，可以形成空气通道。

在一些实施例中，可以采用丝网印刷分别制备阻挡层和在阻挡层表面的空气极后，在800～1400℃下共烧结。

在一些实施例中，还可以在空气极和燃料极的外表面分别形成集电层，集电层可以采用银、铂等导电材料。

请参照图3或图5，本公开还提供了对称型电池，包括两个相对设置的固体氧化物电池单体，且该两个固体氧化物电池单体的燃料极相互靠近，两个固体氧化物电池单体的电解质层之间密封，两个固体氧化物电池单体的电解质层之间设置有燃料气进出通道和导电连接装置。其中，图3为采用图2所示的固体氧化物电池单体制备的对称型电池200；图5为采用图4所示的固体氧化物电池单体制备的对称型电池300。

对称型电池由对称的两个固体氧化物电池单体构成，每个固体氧化物电池单体由数个小尺寸的电池单元构成，便于控制小尺寸的电池单元的一致性和固体氧化物电池单体的可靠性，进而实现对称型电池的结构简化，并提高其均一性。在一些实施例中，可以采用玻璃或陶瓷密封胶将两个固体氧化物电池单体的电解质层之间进行密封。

请参照图6，为对称型电池的立体图，由图6可以看出，在对称型电池中，数个电池单元所在的区域为高温区51，周边区域为低温区52，高温区51确保电池的运行，低温区52用于密封，在低温区52填充密封材料(例如玻璃或陶瓷密封胶等)将两个固体氧化物电池单体的电解质层之间进行密封，可降低密封材料的要求，提高密封材料的选择性和稳定性。

本发明还提供了一种电池堆，包括多个固体氧化物电池单体或多组对称型电池。电池堆由对称型电池平行排列而成，不需要连接体，对称型电池之间相互独立，具有易于检修和可替换的优势。对称型电池内对称设置的固体氧化物电池单体灵活可靠、更换方便，可以提高电堆的整体寿命。

本发明还提供了一种能量转换装置，包括如上所述的固体氧化物电池单体、对称型电池或电池堆。

以下为具体实施例。旨在对本发明做进一步的详细说明，以帮助本领域技术及研究人员进一步理解本发明，有关技术条件等并不构成对本发明的任何限制。在本发明权利要求范围内所做的任何形式的修改，均在本发明权利要求的保护范围之内。

实施例1

采用钇稳定的氧化锆，通过流延方法制备电解质层，厚度为200μm。在1500℃下进行烧结2小时，形成致密电解质片。

在电解质片的第一表面上制备多个燃料极，燃料极采用氧化镍和钇稳定的氧化锆组成的复合金属陶瓷材料，氧化镍与钇稳定的氧化锆的质量比为3:2。采用丝网印刷方法按照规划的位置丝印多个直径为12mm、厚度为10μm的圆形，在1400℃下进行烧结2小时，得到燃料极。

在电解质片的第二表面上制备与燃料极个数相同的阻挡层，且第一表面和第二表面相对设置，阻挡层采用钆掺杂的氧化铈。采用丝网印刷方法按照与燃料极对应的位置丝印直径为15mm、厚度为2μm的圆形，在1200℃下进行烧结2小时，得到阻挡层。

在多个阻挡层的表面分别制备空气极，空气极采用电子电导相和离子电导相组成的复合空气极材料，电子电导相采用镧锶钴铁，离子电导相采用钆掺杂的氧化铈，镧锶钴铁和钆掺杂的氧化铈的质量比为1。采用丝网印刷方法按照与燃料极对应的位置丝印直径为12mm、厚度为10μm的圆形，在温度1000℃下进行烧结2小时，得到空气极。

制备完成的固体氧化物电池单体以燃料极侧为对称轴进行拼接，采用玻璃胶将电解质片之间进行密封，预留出燃料气的进出流道及导电连接装置，得到对称型电池。

实施例2

采用钇稳定的氧化锆，通过流延方法制备电解质层，厚度为200μm。在1500℃下进行烧结2小时，形成致密电解质片。

在电解质片的第一表面上制备多个燃料极，燃料极采用氧化镍和钇稳定的氧化锆组成的复合金属陶瓷材料，氧化镍与钇稳定的氧化锆的质量比为3:2。采用丝网印刷方法按照规划的位置丝印多个直径为12mm、厚度为10μm的圆形，在1400℃下进行烧结2小时，得到燃料极。

在电解质片的第二表面上制备与燃料极个数相同的空气极，空气极采用电子电导相和离子电导相组成的复合空气极材料，电子电导相采用镧锶锰，离子电导相采用钇稳定的氧化锆，镧锶锰和钇稳定的氧化锆的质量比为1。采用丝网印刷方法按照与燃料极对应的位置丝印直径为12mm、厚度为10μm的圆形，在温度1200℃下进行烧结2小时，得到空气极。

制备完成的固体氧化物电池单体以燃料极侧为对称轴进行拼接，采用玻璃胶将电解质片之间进行密封，预留出燃料气的进出流道及导电连接装置，得到对称型电池。

实施例3

采用钪稳定的氧化锆，通过流延方法制备电解质层，厚度为150μm。在1400℃下进行烧结5小时，形成致密电解质片。

在电解质片的第一表面上制备多个燃料极，燃料极采用氧化镍和钆掺杂的氧化铈组成的复合金属陶瓷材料及炭黑，氧化镍与钆掺杂的氧化铈的质量比为1:1，炭黑占总原料的质量百分比为1％。采用丝网印刷方法按照规划的位置丝印多个直径为12mm、厚度为30μm的圆形，在1300℃下进行烧结2小时，得到燃料极。

在电解质片的第二表面上制备与燃料极个数相同的阻挡层，且第一表面和第二表面相对设置，阻挡层采用钐掺杂的氧化铈和氧化钴，氧化钴占总原料的质量百分比为2％。采用丝网印刷方法按照与燃料极对应的位置丝印直径为15mm、厚度为5μm的圆形，在1000℃下进行烧结1小时，得到阻挡层。

在多个阻挡层的表面分别制备空气极，空气极采用电子电导相和离子电导相组成的复合空气极材料和淀粉，且淀粉占总原料的质量百分比为8％；电子电导相采用镧锶钴，离子电导相采用钐掺杂的氧化铈，镧锶钴和钐掺杂的氧化铈的质量比为1。采用丝网印刷方法按照与燃料极对应的位置丝印直径为12mm、厚度为30μm的圆形，在温度1100℃下进行烧结1小时，得到空气极。

制备完成的固体氧化物电池单体以燃料极侧为对称轴进行拼接，采用陶瓷密封胶将电解质片之间进行密封，预留出燃料气的进出流道及导电连接装置，得到对称型电池。

实施例4

采用钪稳定的氧化锆，通过流延方法制备电解质层，厚度为100μm。在1600℃下进行烧结1小时，形成致密电解质片。

在电解质片的第一表面上制备多个燃料极，燃料极采用氧化镍和镧掺杂的氧化铈组成的复合金属陶瓷材料和聚苯乙烯微球，聚苯乙烯微球占总原料的质量百分比为15％，氧化镍与镧掺杂的氧化铈的质量比为4。采用丝网印刷方法按照规划的位置丝印多个直径为10mm、厚度为50μm的圆形，在1400℃下进行烧结1小时，得到燃料极。

在电解质片的第二表面上制备与燃料极个数相同的阻挡层，且第一表面和第二表面相对设置，阻挡层采用镧掺杂的氧化铈。采用丝网印刷方法按照与燃料极对应的位置丝印直径为10mm、厚度为2μm的圆形，在800℃下进行烧结5小时，得到阻挡层。

在多个阻挡层的表面分别制备空气极，空气极采用电子电导相和离子电导相组成的复合空气极材料和聚甲基丙烯酯甲酯微球，聚甲基丙烯酯甲酯微球占总原料的质量百分比为8％；电子电导相采用镧锶钴铁，离子电导相采用镧掺杂的氧化铈，镧锶钴铁和镧掺杂的氧化铈的质量比为3/7。采用丝网印刷方法按照与燃料极对应的位置丝印直径为10mm、厚度为1μm的圆形，在温度900℃下进行烧结5小时，得到空气极。

制备完成的固体氧化物电池单体以燃料极侧为对称轴进行拼接，采用陶瓷密封胶将电解质片之间进行密封，预留出燃料气的进出流道及导电连接装置，得到对称型电池。

性能测试

电池单元的一致性实验：采用钪稳定的氧化锆，通过流延方法制备电解质单元，厚度为100μm，直径为20mm，在1500℃下进行烧结2小时。

在电解质单元的第一表面上制备燃料极，燃料极采用氧化镍和钆掺杂的氧化铈组成的复合金属陶瓷材料和炭黑，炭黑占总原料的质量百分比为5％，氧化镍与钆掺杂的氧化铈的质量比为13/7。采用丝网印刷方法按照规划的位置丝印直径为10mm、厚度为20μm的圆形，在1400℃下进行烧结2小时，得到燃料极。

在电解质片的第二表面上制备空气极，空气极采用电子电导相和离子电导相组成的复合空气极材料和炭黑，炭黑占总原料的质量百分比为8％；电子电导相采用镧锶钴铁，离子电导相采用钆掺杂的氧化铈，镧锶钴铁和钆掺杂的氧化铈的质量比为1。采用丝网印刷方法按照与燃料极对应的位置丝印直径为10mm、厚度为20μm的圆形，在温度1050℃下进行烧结2小时，得到空气极，完成电池单元1的制备。

重复上述过程，制得电池单元2。

将制备得到的电池单元1和电池单元2，分别采用银导电胶进行集电并在800℃下进行测试。电池单元1和电池单元2的性能对比如图6所示。

由图6可知，电池单元1和电池单元2的一致性较高，固体氧化物电池单体的性能为电池单元数量的倍数。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准，说明书及附图可以用于解释权利要求的内容。