CN101682068A - 随时间展现低性能损失的复合阳极 - Google Patents

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Abstract

一种固体氧化物燃料电池包括阴极、固体氧化物电解质以及包括第一整平层和第二整平层的阳极。所述第一整平层位于所述电解质与所述第二整平层之间。所述第一整平层是由经掺杂氧化铈构成，并且所述第二整平层是由含镍相和陶瓷相构成，所述陶瓷相包括经掺杂氧化铈以及氧化钪稳定的氧化锆，诸如氧化钪氧化铈稳定的氧化锆。

Description

随时间展现低性能损失的复合阳极
相关申请案的交叉参考
本申请案主张2007年4月13日申请的美国专利申请案11/785,034的权益，所述专利以全文引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明大体上涉及燃料电池组分，并且具体说来，涉及固体氧化物燃料电池阳极材料。
背景技术
燃料电池为能将存储于燃料中的能量高效转化成电能的电化学装置。电解电池为能使用电能还原给定材料(诸如水)从而产生燃料(诸如氢)的电化学装置。燃料电池和电解电池可包含在燃料电池和电解模式下操作的可逆电池。
在诸如固体氧化物燃料电池(SOFC)系统等高温燃料电池系统中，氧化流通过燃料电池的阴极侧，而燃料流通过燃料电池的阳极侧。氧化流通常为空气，而燃料流可为烃燃料，诸如甲烷、天然气、丙烷、乙醇或甲醇。燃料电池在介于750℃与950℃之间的典型温度下操作，能够将带负电的氧离子从阴极流物流输送到阳极流物流，其中所述离子与游离氢或烃分子中的氢结合形成水蒸汽，和/或与一氧化碳结合形成二氧化碳。带负电离子中的过量电子经由阳极与阴极之间完成的电路回到燃料电池的阴极侧，产生流过电路的电流。固体氧化物可逆燃料电池(SORFC)系统在燃料电池或放电模式下，由燃料和氧化剂产生电能和反应产物(即，被氧化的燃料)；并且在电解或充电模式下，使用电能产生燃料和氧化剂。
在极端燃料不足(fuel starvation)条件下操作的阳极通常不可逆受损。在隔离重复元件(即，特定燃料电池)获得比其相邻元件(即，相邻燃料电池)少的燃料的电池堆(stack)中通常遭遇所述不足条件。这些元件经历超过100％的有效燃料利用率。类似条件可能在系统转变或操作异常(其中电池燃料供应与所引起的电流不对应)期间出现。在这些情况下，到阳极的氧离子流将氧化阳极成分。传统阳极的三相边界所存在的镍将立即氧化。从Ni金属到NiO的相变伴随着会导致阳极/电解质界面处机械损伤的体积改变。这一机械损伤的特征在于：电极与电解质分层，从而增加电池的面积比电阻(areaspecific resistance)并明显降低电池堆性能(stack performance)。为避免镍的氧化以及电极电解质界面的机械损伤(其会导致分层)，现有技术的一种解决方法是采用全陶瓷阳极(all ceramic anode)。尽管陶瓷阳极在不足条件下展现良好的稳定性，但其与高极化损耗相关。
发明内容
本发明一方面提供一种固体氧化物燃料电池(SOFC)，其包含阴极、固体氧化物电解质，以及包括第一整平层和第二整平层的阳极。第一整平层位于电解质与第二整平层之间。第一整平层是由经掺杂氧化铈构成，并且第二整平层是由含镍相和陶瓷相构成，所述陶瓷相包括经掺杂氧化铈，以及氧化钪稳定的氧化锆，诸如氧化钪氧化铈稳定的氧化锆。
附图说明
图1描述本发明实施例的SOFC的横截面侧视图。
图2描述本发明一个实施例的SOFC电池堆的横截面侧视图。
图3和6B为根据本发明具体实例的SOFC的阳极整平层的SEM显微照片。图6A为根据比较实例的SOFC的单层阳极的SEM显微照片。
图4A-4E和5为根据本发明具体实例的燃料电池的性能图。图4A和5为电池电压随时间变化的图。图4B为排气温度(左轴和中间线)、电池电流(右轴和下方线)和燃料利用百分比(右轴和上方线)随时间变化的图。图4C为燃料进口物流中水蒸气与碳的比率随时间变化的图。图4D为根据本发明具体实例的10个所测试电池中每一个的开始电压(上方线)和终止电压(下方线)图。图4E为根据本发明具体实例的10个所测试电池中每一个的电压退化图。
具体实施方式
本发明各实施例提供用于诸如可逆SOFC(即，SORFC)和不可逆SOFC等固体氧化物燃料电池的复合多层阳极，其随时间变化展现低性能损失，诸如低退化。在优选实施例中，所述阳极包含两个整平层(sublayer)，其中最靠近电解质的整平层是由经掺杂氧化铈构成，而远离电解质的整平层包含镍、经掺杂氧化铈，以及氧化钪稳定的氧化锆(“SSZ”)，诸如氧化钪氧化铈稳定的氧化锆(“SCSZ”)，其也可称为掺杂钪和铈的氧化锆。经掺杂氧化铈可包含掺杂三价氧化物的氧化铈，例如掺杂氧化镧、氧化钐(“samariumoxide”，也称为“samaria”)、氧化钆(“gadolinium oxide”，也称为“gadolinia”)、氧化镨或氧化钇(“yttrium oxide”，也称为“yttria”)的氧化铈。所述三价氧化物可包含10摩尔％到40摩尔％经掺杂氧化铈。所述最靠近电解质的整平层中的三价氧化物可与所述远离电解质的整平层中的三价氧化物相同或不同。在下文各实例中，掺杂氧化钐的氧化铈(“SDC”)用作最靠近电解质的整平层中的经掺杂氧化铈，并且掺杂氧化钆的氧化铈(“GDC”)用作远离电解质的整平层中的经掺杂氧化铈。然而，应了解，可替代使用上述其它经掺杂氧化铈组合物。
阳极参与三相边界处燃料的氧化，以及借助于其良好的平面导电度(in-planeconductivity)将电流输送到集电器。阳极借助于具有两个整平层的结构分开这些功能。最靠近电解质的第一SDC整平层催化燃料的氧化，而远离电解质的第二Ni/GDC/SCSZ整平层帮助将电流输送到邻近互连件(interconnect)的金属集电器肋片(rib)。此外，个别层的化学组成是定制成在高燃料利用率条件下，增加寿命并提供良好的氧化还原耐受性。
与单层阳极相比，多层阳极展现较低的退化率、在系统操作条件下的改进耐久性、对于系统故障(诸如燃料不足)的改进耐受性、对于过高燃料利用率的较低退化敏感性，这将使SOFC系统中电池堆的可靠性和寿命增加。
图1描述根据本发明一个实施例的固体氧化物燃料电池(SOFC)1。电池1包括阳极3、固体氧化物电解质5和阴极7。电解质5可包含经稳定氧化锆，诸如氧化钪稳定的氧化锆(SSZ)(包括氧化钪氧化铈稳定的氧化锆(“SCSZ”))，和/或氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)。举例来说，电解质5可包含YSZ与SSZ或SCSZ中的一种的混合物，诸如3摩尔％到10摩尔％的约1∶2到约1∶4重量比(诸如约1∶3重量比)的YSZ/SCSZ混合物。或者，电解质5可包含另一离子导电材料，诸如经掺杂氧化铈。优选地，电解质包含具有下式的SSZ或SCSZ:[(ZrO2)1-y(CeO2)y]1-x(Sc2O3)x，其中0.06≤x≤0.11，并且0≤y≤0.01。尽管通过所述式子描述化学计量组成的经稳定氧化锆，但也可使用非化学计量组成的经稳定氧化锆。举例来说，电解质可包含具有1摩尔％氧化铈和10摩尔％氧化钪的SCSZ(即，[(ZrO2)1-y(CeO2)y]1-x(Sc2O3)x，其中x＝0.1，并且y＝0.01)。电解质还可能含有不可避免的杂质。另外，SCSZ中的氧化铈可经氧化铝和/或氧化钇取代。
阴极7可包含导电材料，诸如导电钙钛矿(perovskite)材料，诸如亚锰酸锶镧(lanthanum strontium manganite，LSM)。也可使用其它导电钙钛矿，诸如La1-xSrxCoO3、La1-xSrxFe1-yCoyO3或La1-xSrxMn1-yCoyO3，其中分别0.1≤x≤0.4并且0.02≤y≤0.4。阴极7还可由两个整平层(邻近电解质的SCSZ/LSM功能层和在所述功能层上的LSM集电层)构成。
如图1中所示，阳极3包含第一整平层13和第二整平层23。第一整平层13位于电解质5与第二整平层23之间。优选地，第一整平层13与电解质接触定位，并且第二整平层23位于第一整平层13上。然而，可在整平层13之下、整平层13与23之间和/或整平层23之上提供其它阳极整平层。
第一整平层13包含经掺杂氧化铈，诸如掺杂氧化钐的氧化铈。经掺杂氧化铈优选包含10摩尔％到40摩尔％、诸如15摩尔％到25摩尔％、诸如20摩尔％的三价氧化物(诸如氧化钐)，并且其余部分包含氧化铈。经掺杂氧化铈可具有下式：Ce1-zAzO2-δ，其中0.1≤z≤0.4，优选0.15≤z≤0.25，并且A选自La、Sm、Gd、Pr或Y中的一者或多者。换句话说，氧化铈可掺杂有一种或多种三价氧化物。尽管通过各金属原子具有略少于两个氧原子的式子描述非化学计量组成的经掺杂氧化铈，但也可使用各金属原子具有两个或两个以上氧原子的经掺杂氧化铈。优选地，第一整平层除经掺杂氧化铈和不可避免的杂质以外不含其它材料，诸如镍。但在需要时，可将其它材料添加到整平层13中，诸如少量镍，其量应少于整平层23中镍的量。
第二整平层23包含金属陶瓷(cermet)，其包括含镍相和陶瓷相。整平层23的含镍相优选完全由还原态的镍组成。当镍处于氧化态时，此相会形成氧化镍。因此，当制造阳极时，含镍相包含氧化镍。在操作前，优选在还原气氛中将阳极退火，以将氧化镍还原成镍。除纯镍外，含镍相还可包括其它金属和/或镍合金，诸如镍-铜或镍-钴合金(还原态)和其氧化物(氧化态)，例如Ni1-xCuxO或Ni1-xCoxO，其中0.05≤x≤0.3。镍-铜或镍-钴合金可用于烃燃料在阳极处重整的内部重整型(internal reformation type)SOFC中。纯镍(或纯氧化镍)可用于烃燃料在外部重整器中重整的外部重整型SOFC，或者使用氢气作为燃料的SOFC。镍优选精细地分布于陶瓷相中，其中平均粒度小于500纳米，诸如为200到400纳米，以降低镍转化成氧化镍时所产生的应力。
整平层23的陶瓷相优选包含经掺杂氧化铈和氧化钪稳定的氧化锆。陶瓷相可包含经掺杂氧化铈和SSZ(含有一些铈或不含铈)陶瓷颗粒的烧结混合物。所述氧化钪稳定的氧化锆可具有与电解质5的氧化钪稳定的氧化锆相同的组成。整平层23的氧化钪稳定的氧化锆优选具有下式：[(ZrO2)1-y(CeO2)y]1-x(Sc2O3)x，其中0.06≤x≤0.11，并且0≤y≤0.01。尽管通过所述式子描述化学计量组成的经稳定氧化锆，但也可使用非化学计量组成的经稳定氧化锆。举例来说，电解质可包含具有至多1摩尔％氧化铈、约6摩尔％到约11摩尔％氧化钪并且其余部分包含氧化锆的SCSZ，诸如具有1摩尔％氧化铈和10摩尔％氧化钪的SCSZ(即，[(ZrO2)1-y(CeO2)y]1-x(Sc2O3)x，其中x＝0.1并且y＝0.01)。
任何适当的经掺杂氧化铈都可用于整平层23中。举例来说，可使用10摩尔％到40摩尔％的三价氧化物。经掺杂氧化铈优选为略微非化学计量组成，其中各金属原子具有不到2个氧原子：Ce1-mDmO2-δ，其中0.1≤m≤0.4，并且D选自La、Sm、Gd、Pr或Y中的一者或多者。换句话说，氧化铈可掺杂有一种或多种三价氧化物。应注意，元素D可包含与第一整平层13的经掺杂氧化铈中的A相同或不同的元素。但也可使用各金属原子含有两个或两个以上氧原子的经掺杂氧化铈。举例来说，经掺杂氧化铈可包含GDC。整平层23中GDC与SSZ或SCSZ的重量比在约2∶1到约5∶1的范围内。例如所述重量比可为5∶1。如果除GDC和经稳定氧化锆外，陶瓷相不含其它组分，则整平层23中的陶瓷相可在约70(诸如66.66)重量％GDC和约30(诸如33.33)重量％经稳定氧化锆到约85(诸如83.33)重量％GDC和约15(诸如16.66)重量％经稳定氧化锆的范围内。除GDC、SSZ或SCSZ中的一种以及不可避免的杂质外，陶瓷相优选不含其它陶瓷材料。
第二整平层23优选包含60重量％到80重量％的含镍相和40重量％到20重量％的陶瓷相，诸如75重量％的含镍相和25重量％的陶瓷相。
可使用任何适当的层厚。举例来说，阳极3可为20微米到40微米厚，其中第一整平层13为约5微米到约10微米厚，并且第二整平层23为约15微米到约30微米厚。燃料电池优选为平面型电解质支撑电池(planar electrolyte supported cell)，其中电解质的厚度为阳极的至少一个数量级。举例来说，电解质5可为约150微米到约300微米厚。阴极7的厚度也可介于10微米与50微米之间。
阳极3的整平层13和/或23可含有一定量的孔隙率(porosity)。整平层23的孔隙率可高于或低于整平层13的孔隙率。
燃料电池堆通常是由呈平面元件、管状或其它几何形状形式的多种SOFC 1构造。电化学活性表面(可较大)须提供燃料和空气。如图2中所示，燃料电池堆的一种组件是所谓的气流分离器(gas flow separator)(在平面型电池堆中称为气流分离板)9，它将电池堆中的个别电池分开。气流分离板将流到电池堆中一个电池的燃料电极(即，阳极3)的燃料与流到电池堆中邻近电池的空气电极(即，阴极7)的氧化剂(诸如空气)分开。所述燃料可为烃燃料，诸如用于内部重整电池的天然气，或用于外部重整电池的重整烃燃料，其包含氢气、水蒸汽、一氧化碳和未重整烃燃料。分离器9在肋片10之间含有气流通路或通道8。通常，气流分离板9也用作将一个电池的燃料电极3与邻近电池的空气电极7电连接的互连件。在此情况下，充当互连件的气流分离板是由诸如Cr-Fe合金等导电材料制成，或含有诸如Cr-Fe合金等导电材料。导电接触层(诸如镍接触层)可提供于阳极与互连件之间。图2显示下部SOFC 1位于两个气流分离板9之间。
此外，尽管图2显示电池堆包含多个平面形或板形燃料电池，但燃料电池也可具有其它构造，诸如管状。另外，尽管图2中显示垂直定向的电池堆，但燃料电池也可水平堆叠或在介于垂直与水平之间的任何其它适当方向上堆叠。
如本文所使用，术语“燃料电池堆”意思指共用共同的燃料进口和排气通路或气门(riser)的多个经堆叠的燃料电池。如本文所使用，“燃料电池堆”包括独特(distinct)电实体，其含有两个连接到电池堆的功率调节设备(power conditioning equipment)和功率(即，电力)输出的端板。因此，在一些构造中，来自所述独特电实体的电功率输出可与其它电池堆分开进行控制。如本文所使用，术语“燃料电池堆”还包括所述独特电实体的一部分。举例来说，电池堆可共用相同端板。在此情况下，电池堆共同包含独特电实体。在此情况下，来自两个电池堆的电功率输出无法分开控制。
形成图1中所示的平面型电解质支撑SOFC 1的方法包括：在平面型固体氧化物电解质5的第一侧上形成阴极7，以及在所述平面型固体氧化物电解质的第二侧上形成阳极3。阳极和阴极可以任何次序形成于电解质的相对侧上。
可通过丝网印刷法或其它适当方法形成图1中所示的含有多个整平层的阳极。举例来说，可将第一整平层13丝网印刷到电解质5上，随后使用任何适当的陶瓷粉末丝网印刷技术，将第二整平层23丝网印刷到第一整平层13上。接着，在任何适当温度下，诸如在介于1150℃与1400℃之间的温度下，于空气中烧结或烧制经丝网印刷的电池。所述电池可于阳极沉积后以及于阴极沉积后在相同或不同温度下单独烧制或烧结。优选在诸如氢气或氮氢混合气体(forming gas)气氛等还原气氛中进一步将完成的电池退火，以在使用燃料电池产生电力之前将阳极中的氧化镍转化成镍，作为燃料电池系统的一部分。
阳极在三相边界处含有经掺杂氧化铈相界面，其中电解质和富含镍相的整平层邻近远离电解质的阳极“自由”表面(即，阳极3面向互连件9的表面)。不希望受特定理论的束缚，本发明的发明人相信，本发明实施例的阳极在极高燃料利用率条件下具有较高稳定性可主要归因于在三相边界处存在富含氧化铈的界面。经掺杂氧化铈的混合离子和电子传导性质对通过电解质的氧离子流起到缓冲剂的作用，由此缓和镍向氧化镍的迅速转化。此可避免对电极/电解质的机械破坏，并且在建立正常操作条件后仅观察到阳极的极小极化改变。因此，不含镍的整平层13的存在可防止阳极在高燃料利用率条件下分层，其中在三相边界处的镍通常会氧化并破坏连接电极与电解质的烧结颈(sintering neck)。
图3描述在烧结后但在将氧化镍还原成镍之前，示范性燃料电池的扫描电子显微照片。所述显微照片是在背散射电子衬度(back scattered electron contrast)下取得，其清楚地描绘出电解质5、富含氧化铈的整平层13(掺杂20摩尔％氧化钐的氧化铈(SDC)Ce0.8Sm0.2O2-δ)和富含镍的整平层23(75重量％氧化镍、25重量％的呈5∶1重量比的GDC/SCSZ，其中SCSZ包含1摩尔％氧化铈和10摩尔％氧化钪，并且其中GDC为Ce0.6Gd0.4O2-δ)。
测试了示范性具有10个电池的SOFC电池堆的性能。各电池包含与上述相同的组成，但随后将NiO还原成镍。阴极包含LSM。
图4A为所述电池堆的10个电池的电池电压(单位：伏特)随时间(单位：小时)变化的图。电池堆是在850℃温度下操作，其中水蒸气与碳的比率为2.2∶1，燃料利用率为75％，空气利用率为25％，并且电流为40A。图4B显示850℃的排气温度(左轴和中间线)、40A电池电流(右轴和下方线)和75％燃料利用率(右轴和上方线)随时间变化的图。图4C为燃料进口物流中2.2∶1的水蒸气与碳的比率随时间变化的图。燃料包含在外部重整器中重整过的天然气。
使电池堆经历活性氧化还原(即，燃料不足)循环2分钟，在此期间，当电池堆引起40A电流时，切断燃料。图5描述在氧化还原循环(在操作的300小时与350小时之间发生)之前和之后具有10个电池的电池堆的性能。图5中的直线显示测试期间850℃的电池堆排气温度。标为V01到V10的波形线显示电池堆的10个电池中每一个的电池电压(单位：伏特)随时间的变化。
图4D为根据本发明具体实例的10个所测试电池中每一个的开始电压(上方线)和终止电压(下方线)的图。图4E为10个所测试电池中每一个的电压退化率的图。如从图4D和4E中可看出，对于2794.78小时到3793.41小时的电池操作，各电池的电压退化率低于每千小时(khr)2％。具体说来，所有电池的电压退化率为1.5％/khr或更低，并且一些电池低于1％/khr。平均退化率为1.11％/khr，而平均ASR退化率为12.44毫欧姆-平方厘米/千小时(mOhm-cm2/khr)。预期在较低温度(诸如800℃)下操作的电池堆的平均电压退化率将为1％/khr或更低。相比之下，单层阳极在850℃下展现约4％/khr的电压退化率。图6A为根据比较实例的单层阳极电池的SEM显微照片。如从图6A可看出，单层阳极在氧化还原循环后与电解质分层。图6A中所示的阳极的一部分压在电池堆的互连件/集电器的肋片上，其将阳极保持在适当位置。相比之下，图6B显示根据本发明具体实例的具有两个阳极整平层的电池的SEM显微照片。如从图6B可看出，单层阳极在氧化还原循环后不与电解质分层。
在经历极高燃料利用率(超过100％)条件后，本发明实施例的阳极不存在不可逆损坏，展现了这些阳极组合物的燃料不足耐受性。由于高燃料利用率事件将会系统地在燃料电池系统的寿命内发生，故使用这些阳极将增加SOFC电池堆的可靠性和寿命。
已出于描述和说明的目的提供本发明的前述说明。预期所述说明并不详尽，或不打算将本发明限于所揭露的实践形式，并且根据上述教示，可能进行修改和变更，或者可从本发明的实践中获得修改和变更。选择所述说明是为了解释本发明的原理以及其实际应用。预期本发明的范围是由随附权利要求书和其等效内容界定。

Claims (23)

1.一种固体氧化物燃料电池(SOFC)，其包含：
阴极；
固体氧化物电解质；和
阳极，其包含第一整平层和第二整平层，其中使所述第一整平层位于所述电解质与所述第二整平层之间；
其中：
所述第一整平层包含经掺杂氧化铈；并且
所述第二整平层包含含镍相以及包含经掺杂氧化铈和氧化钪稳定的氧化锆的陶瓷相。
2.根据权利要求1所述的SOFC，其中所述氧化钪稳定的氧化锆包含氧化钪氧化铈稳定的氧化锆。
3.根据权利要求2所述的SOFC，其中所述氧化钪氧化铈稳定的氧化锆包含至多1摩尔％氧化铈、约6摩尔％到约11摩尔％氧化钪并且其余部分包含氧化锆。
4.根据权利要求2所述的SOFC，其中所述第二整平层中所述经掺杂氧化铈与所述氧化钪氧化铈稳定的氧化锆的重量比在约2∶1到约5∶1的范围内。
5.根据权利要求1所述的SOFC，其中所述氧化钪稳定的氧化锆包含[(ZrO2)1-y(CeO2)y]1-x(Sc2O3)x，其中0.06≤x≤0.11并且0≤y≤0.01。
6.根据权利要求1所述的SOFC，其中所述第二整平层包含60重量％到80重量％的所述含镍相和40重量％到20重量％的所述陶瓷相。
7.根据权利要求6所述的SOFC，其中所述含镍相基本上由镍、镍-铜合金、镍-钴合金或其氧化物组成。
8.根据权利要求7所述的SOFC，其中所述第二整平层包含约75重量％的所述含镍相和约25重量％的所述陶瓷相。
9.根据权利要求1所述的SOFC，其中所述第一整平层中的经掺杂氧化铈包含掺杂三价氧化物的氧化铈，并且所述第二整平层中的经掺杂氧化铈包含具有与所述第一整平层中的经掺杂氧化铈相同或不同组成的掺杂三价氧化物的氧化铈。
10.根据权利要求9所述的SOFC，其中：
所述第一整平层中的三价氧化物选自氧化镧、氧化钐、氧化钆、氧化镨或氧化钇中的一种或多种，并且所述三价氧化物占所述经掺杂氧化铈的10摩尔％到40摩尔％；
所述第二整平层中的三价氧化物选自氧化镧、氧化钐、氧化钆、氧化镨或氧化钇中的一种或多种，并且所述三价氧化物占所述经掺杂氧化铈的10摩尔％到40摩尔％。
11.根据权利要求10所述的SOFC，其中所述第二整平层中的经掺杂氧化铈包含掺杂氧化钆的氧化铈。
12.根据权利要求10所述的SOFC，其中所述第一整平层基本上由SmzCe1-zO2-δ组成，其中0.15≤z≤0.25。
13.根据权利要求1所述的SOFC，其中所述第一整平层不含镍。
14.根据权利要求1所述的SOFC，其中所述电解质包含氧化钪稳定的氧化锆或氧化钪氧化铈稳定的氧化锆。
15.根据权利要求14所述的SOFC，其中所述电解质包含[(ZrO2)1-y(CeO2)y]1-x(Sc2O3)x，其中0.06≤x≤0.11并且0≤y≤0.01。
16.根据权利要求1所述的SOFC，其中电解质包含氧化钇稳定的氧化锆与氧化钪稳定的氧化锆或氧化钪氧化铈稳定的氧化锆中的一种的混合物。
17.根据权利要求1所述的SOFC，其中所述第一整平层与所述电解质接触，并且所述第二整平层位于所述第一整平层上。
18.根据权利要求1所述的SOFC，其中：
所述第一整平层为约5微米到约10微米厚；
所述第二整平层为约15微米到约30微米厚；并且
所述电解质为约150微米到约300微米厚。
19.一种固体氧化物燃料电池(SOFC)，其包含：
阴极；
固体氧化物电解质，其包含氧化钪氧化铈稳定的氧化锆，其包含至多1摩尔％氧化铈、约6摩尔％到约11摩尔％氧化钪并且其余部分包含氧化锆；和
阳极，其包含第一整平层和第二整平层，其中使所述第一整平层位于所述电解质与所述第二整平层之间；
其中：
所述第一整平层包含掺杂三价氧化物的氧化铈，其包含10摩尔％到40摩尔％的一种或多种三价氧化物并且其余部分包含氧化铈；
所述第二整平层包含含镍相和陶瓷相，所述陶瓷相包含经掺杂氧化铈和氧化钪氧化铈稳定的氧化锆；
所述第二整平层中的氧化钪氧化铈稳定的氧化锆包含至多1摩尔％氧化铈、约6摩尔％到约11摩尔％氧化钪并且其余部分包含氧化锆；
所述第二整平层中的经掺杂氧化铈包含掺杂三价氧化物的氧化铈，其包含10摩尔％到40摩尔％的一种或多种三价氧化物并且其余部分包含氧化铈；
所述第二整平层包含60重量％到80重量％的所述含镍相和40重量％到20重量％的所述陶瓷相；并且
所述第二整平层中所述经掺杂氧化铈与所述氧化钪氧化铈稳定的氧化锆的重量比在约2∶1到约5∶1的范围内。
20.根据权利要求19所述的SOFC，其中：
所述第一整平层中的三价氧化物选自氧化镧、氧化钐、氧化钆、氧化镨或氧化钇中的一种或多种；并且
所述第二整平层中的三价氧化物选自氧化镧、氧化钐、氧化钆、氧化镨或氧化钇中的一种或多种。
21.根据权利要求20所述的SOFC，其中：
所述第一整平层基本上由所述掺杂氧化钐的氧化铈组成，所述掺杂氧化钐的氧化铈包含SmzCe1-zO2-δ，其中0.15≤z≤0.25；
所述第一整平层不含镍；
所述第二整平层中的三价氧化物基本上由GdmCe1-mO2-δ组成，其中0.1≤m≤0.4；
所述第二整平层中的含镍相基本上由镍或氧化镍组成；
所述第一整平层与所述电解质接触，并且所述第二整平层位于所述第一整平层上；
所述第一整平层为约5微米到约10微米厚；
所述第二整平层为约15微米到约30微米厚；并且
所述电解质为约150微米到约300微米厚。
22.根据权利要求21所述的SOFC，其中：
所述第一整平层基本上由包含20摩尔％氧化钐并且其余部分包含氧化铈的所述掺杂氧化钐的氧化铈组成；
所述第二整平层包含约75重量％的所述含镍相和约25重量％的所述陶瓷相；
所述第二整平层中所述氧化钪氧化铈稳定的氧化锆包含约1摩尔％氧化铈、约10摩尔％氧化钪并且其余部分包含氧化锆；
所述第二整平层中所述掺杂氧化钆的氧化铈与所述氧化钪氧化铈稳定的氧化锆的重量比为约5∶1。
23.一种制造固体氧化物燃料电池的方法，其包含：
(a)提供所述固体氧化物燃料电池，所述固体氧化物燃料电池包含：
阴极；
固体氧化物电解质；和
阳极，其包含第一整平层和第二整平层，其中使所述第一整平层位于所述电解质与所述第二整平层之间；
其中：
所述第一整平层包含经掺杂氧化铈；并且
所述第二整平层包含氧化镍以及包含经掺杂氧化铈和氧化钪稳定的氧化锆的陶瓷相；和
(b)在还原气氛中将所述阳极退火，以将所述氧化镍转化成镍。
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