CN106104889A - 电解质掺杂剂系统 - Google Patents

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Saint Gobain Ceramics and Plastics Inc
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Saint Gobain Industrial Ceramics Inc
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Abstract

固体氧化物燃料电池的部件包括具有稳定氧化锆和一种或多种掺杂剂的电解质。稳定氧化锆颗粒可具有至少150nm的d50粒径。电解质可具有不大于1120℃的峰值烧结温度。固体氧化物燃料电池可具有不大于1.09V的平均开路电池电压(OCV)。

Description

电解质掺杂剂系统
技术领域
本发明涉及固体氧化物燃料电池的电解质及其形成方法。
背景技术
燃料电池是通过燃料的电化学氧化将化学能转化成电力的能量转换装置。典型的燃料电池包括阴极、阳极、以及在阴极和阳极之间的电解质。在各种燃料电池中，固体氧化物燃料电池(SOFC)使用硬的陶瓷化合物金属氧化物作为电解质。典型地，在固体氧化物燃料电池(SOFC)中，氧气(O2)在阴极处还原为氧离子(O-2)，并且在阳极处，燃料气体例如氢(H2)或烃例如甲烷(CH4)被氧离子氧化，以形成水和二氧化碳(来自烃)。
在一些情况下，燃料电池组件已作为堆叠体进行设计。单一固体氧化物燃料电池包括阴极、阳极、以及在阴极和阳极之间的固体电解质。每个电池可视为子组件，所述子组件可与其他电池组合以形成完全SOFC堆叠体。在装配SOFC堆叠体中，电连接线(interconnects)可设置在一个电池的阴极和另一个电池的阳极之间。
SOFC的部件可对在其形成或使用期间由温度的波动引起的损坏敏感。具体地，用于形成各种部件的材料(包括不同组成的陶瓷)显示出不同的材料、化学和电性质，所述性质可导致SOFC制品的故障和失败。特别地，燃料电池对于温度的变化具有有限的耐受性。当一起形成SOFC的两个或更多个不同部件时，与通过温度变化引起的机械应力相关的问题可恶化。因此，局限性可强加于用于形成SOFC的某些方法，所述局限性可限制生产率或造成在操作期间的高失败风险。
附图说明
虽然说明书由明确指出申请人视为其发明的主题的权利要求得出结论，但认为本发明与附图结合考虑时将得到更佳理解，在所述附图中：
图1示出了根据一个实施例的固体氧化物燃料电池(SOFC)制品；
图2示出了根据一个实施例形成SOFC的方法；
图3是示出了根据一个特定实施例的掺杂剂对YSZ的峰值烧结温度(T峰)的作用的曲线图；和
图4示出了根据一个特定实施例的Fe掺杂剂对YSZ的作用。
具体实施方式
本公开内容涉及固体氧化物燃料电池制品的部件和形成固体氧化物燃料电池的部件的方法。
提供了与附图组合的下述说明书，以帮助理解本文公开的教导。下文讨论将集中于教导的具体实现和实施例。提供该重点以帮助描述教导且不应解释为对教导的范围或适用性的限制。
如本文使用的，术语“包含”、“包括”、“具有”或它们的任何其他变体旨在涵盖非排他性的包括。例如，包括一系列特征的过程、方法、制品或装置不必仅限于那些特征，而是可包括未明确列出的或该过程、方法、制品或装置所固有的其他特征。此外，除非明确相反指出，“或”指包括性的或，而非排他性的或。例如，条件A或B由如下任一者满足：A为真(或存在)且B为假(或不存在)，A为假(或不存在)且B为真(或存在)，以及A和B均为真(或存在)。
“一种”或“一个”的使用用于描述本文描述的元件和部件。这仅为了便利，并提供本发明的范围的一般含义。该描述应理解为包括一种(一个)或至少一种(至少一个)，并且单数还包括复数，或反之亦然，除非其明确具有相反含义。
除非另有定义，否则本文使用的所有技术和科学术语均具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。材料、方法和例子仅是举例说明性的并且不意欲为限制性的。在本文未描述的情况下，关于具体材料和处理动作的许多细节是常规的，并且可在教课书及固体氧化物燃料电池领域内的其他来源中找到。
参考图1，示出了固体氧化物燃料电池(SOFC)单元电池的一个实施例并且一般标记为100。SOFC单元电池100可包括阳极106、电解质102和阴极116。阳极106可包括阳极本体层(ABL)110和阳极功能层(AFL)112。AFL 112可设置在ABL 110和电解质102之间，并且与ABL 110和电解质102直接接触。同样地，阴极层116可包括阴极本体层(CBL)108和阴极功能层(CFL)114。CFL 114可设置在CBL 108和电解质102之间，并且与CBL 108和电解质102直接接触。
在一些情况下，燃料电池组件可设计为子电池，所述子电池可包括设置在电解质的一侧上的阳极和设置在电解质的另一侧上的阴极。在一个实施例中，每个子电池可与其他子电池以堆叠的方式组合，以形成完全SOFC制品。在SOFC例如SOFC堆叠体或完全SOFC制品的一个实施例中，连接线可设置在一个子电池的阴极和另一个子电池的阳极之间，特别是在相对电解质的阳极或阴极的一侧上。如图1中所示，连接线104可设置在相对电解质102的阳极106的一侧上，例如相对电解质102的ABL 110的一侧上。尽管图1中未示出，但另一个子电池的阴极可设置在相对阳极106的连接线104的一侧上。
通常，在固体氧化物燃料电池(SOFC)中，氧气(O2)在阴极处还原为氧离子(O-2)，并且在阳极处，燃料气体例如氢(H2)或烃例如甲烷(CH4)被氧离子氧化，以形成水和二氧化碳(来自烃)。在阳极和阴极之间的电解质作用于基本上防止来自阳极和阴极的燃料和氧化剂气体的混合，并且允许氧离子转运跨越电解质从阴极到阳极。
因此，电解质可包括可帮助上述功能的特定性质。例如，电解质可具有特定理论密度，以帮助基本上防止来自阳极和阴极的燃料和氧化剂气体的混合。为了确保SOFC的功能性，电解质可具有至少92％的密度。在不大于91％的密度下，部件的显著比例的孔是连接的。根据一个实施例，电解质102可具有至少93％，例如至少94％、至少65％、至少96％、至少97％、至少98％、至少99％、或甚至100％的理论密度。在另一个实施例中，电解质可具有基本上气密的密度。如本文使用的，气密与完全密度同义使用，并且定义为具有至少98％的密度。相反，电解质102可具有特定孔隙率。根据一个实施例，电解质102可具有不大于5体积％，例如不大于4体积％、不大于3体积％、不大于2体积％、或不大于1体积％的孔隙率。一些残留孔隙率可保留在电解质中。然而，任何此类残留孔隙率通常是闭孔率，并且不形成连接线网络。在一个实施例中，孔隙率可包括开孔率和闭孔率。在一个特定实施例中，孔隙率的至少大部分包括闭孔率，例如至少约75％，或甚至至少约90％。在阅读说明书后，技术人员应了解密度、开孔率和闭孔率可基于阿基米德原理进行计算。
在SOFC的典型部件例如电解质中，增加的厚度可提供增加的结构完整性，但还可趋于增加电阻。在一个实施例中，电解质102可具有不大于250微米的厚度。在另一个实施例中，电解质102可具有不大于200微米，例如不大于150微米、不大于100微米、不大于75微米、不大于50微米、不大于45微米，例如不大于40微米、不大于35微米、不大于30微米、不大于25微米、不大于20微米、不大于15微米、或甚至不大于10微米的厚度。因为增加的厚度可趋于增加电阻，所以相反的趋于是真实的，其中减少的厚度可趋于减少电阻。然而，减少的厚度还可趋于减少结构完整性。根据一个实施例，电解质102可具有至少5微米的厚度。在另一个实施例中，电解质102可具有至少10微米，例如至少15微米、至少20微米、至少25微米、至少30微米、至少35微米、至少40微米、或甚至至少45微米的厚度。在阅读说明书后，技术人员应了解电解质102可具有在上述任何最大值或最小值的范围内的厚度。例如，在一个实施例中，电解质102可具有在100微米至250微米、5微米至250微米、5微米至100微米、5微米至20微米的范围内，或甚至在10微米至20微米的范围内的厚度。
参考图2，示出了形成固体氧化物燃料电池制品的电解质的方法的一个特定实施例且一般标记为200。方法200包括在步骤202时提供具有d50粒径为至少150nm的稳定氧化锆颗粒的稳定氧化锆粉末。如本文讨论的，SOFC的部件例如电解质可包括硬的陶瓷化合物金属氧化物，例如锆氧化物。此外，陶瓷化合物金属氧化物可包括稳定剂，以稳定陶瓷化合物金属氧化物的特定相。例如，氧化锆包括在其峰值烧结温度下的四方t-ZrO2。然而，四方t-ZrO2可在四方至单斜(t-m)相变温度下转变为单斜m-ZrO2，所述相变温度小于峰值烧结温度。氧化锆可在t-m相变期间改变体积。例如，氧化锆体积的变化可在约3体积％至约5体积％之间的范围内。材料响应温度变化而改变体积的趋势可通过热膨胀系数(CTE)来限定，所述热膨胀系数涉及部件的烧结收缩或致密化。热应力和开裂可由在SOFC操作期间、并且特别是在SOFC制造期间，陶瓷化合物金属氧化物与SOFC制品的其他部件的CTE错配引起。因此，不同部件的CTE的错配限制了SOFC制造期间的某些加工选项，例如不同部件的共烧结。
根据本文描述的实施例的稳定的陶瓷化合物金属氧化物可包括稳定氧化锆。在一个实施例中，稳定的氧化锆可包括添加有一种或多种稳定剂的氧化锆(ZrO2)，所述稳定剂例如氧化镁(MgO)、氧化钙(CaO)、氧化铈(CeO2)、氧化钪(SC2O3)、氧化钇(Y2O3)或其任何组合。在一个特定实施例中，稳定的氧化锆可包括钇稳定的氧化锆(YSZ)。在阅读说明书后，技术人员应了解稳定剂不是掺杂剂。
根据一个实施例，稳定的氧化锆可为部分或全部稳定的，并且稳定剂可以以特定摩尔％存在于氧化锆中。例如，稳定剂可以以至少3摩尔％，例如至少4摩尔％、至少5摩尔％、至少6摩尔％、至少7摩尔％、至少8摩尔％、至少9摩尔％、或甚至至少10摩尔％存在于氧化锆中。在一个非限制性实施例中，稳定剂可以以不大于12摩尔％，例如不大于10摩尔％、不大于9摩尔％、不大于8摩尔％、不大于7摩尔％、不大于7摩尔％、不大于6摩尔％、不大于5摩尔％、不大于4摩尔％、或甚至不大于3摩尔％存在于氧化锆中。在阅读说明书后，技术人员应了解稳定剂可在上述任何最大值或最小值的范围内存在于氧化锆中。例如，稳定剂可在3摩尔％至10摩尔％的范围内，例如在6摩尔％至10摩尔％的范围内存在于氧化锆中。在一个特定实施例中，稳定的氧化锆可包括由8摩尔％钇稳定的氧化锆(ZrO2-8％Y2O3或8YSZ)。
无掺杂YSZ可用作SOFC的电解质，因为它具有高氧离子电导率，并且在氧化剂和燃料气氛两者中均相当稳定。然而，YSZ的峰值烧结温度限制其在一些领域中的应用，例如使YSZ电解质与具有显著不同的烧结温度的另一种材料共烧，并且因此限制减少在电池制造期间的烧结步骤的可能性。例如，商购可得的钇稳定的氧化锆粉末，例如来自Tosoh(TosohUSA，Inc.，Grove City，Ohio)的TZ-8Y粉末，具有约1280℃的烧结温度。相比之下，常用的阴极材料例如锰酸锶镧(LSM)或锰酸钙镧(LCM)，典型地具有约1100℃的峰值烧结温度。共烧以形成两个或更多个SOFC部件例如YSZ电解质和LSM阴极的材料的峰值烧结温度的显著差异可引起缺陷，例如共烧部件的一个或多个中的裂缝。因此，具有显著不同的峰值烧结温度(或不同CTE)的部件通常需要在电池制造期间分开的烧结步骤。
一些方法已用于使YSZ的峰值烧结温度尽可能降低至约1280℃。图3包括示出了掺杂YSZ的一些例子及其分别的峰值烧结温度的曲线图，如本文进一步讨论的。作为参考，图3示出了具有约1280℃的峰值烧结温度的8摩尔％钇稳定的氧化锆(8YSZ)。用于降低稳定氧化锆的峰值烧结温度的方法可包括某些压力辅助的烧结操作或某些烧结助剂的添加。用于降低稳定氧化锆的峰值烧结温度的一种特定方法可包括具有更小的d50粒径的稳定氧化锆的使用。商购可得的钇稳定的氧化锆粉末，例如来自Tosoh(Tosoh USA，Inc.，Grove City，Ohio)的TZ-8Y粉末，包括具有在约150nm至约300nm范围内的d50粒径的稳定氧化锆颗粒。使d50粒径减少至小于约150nm可例如通过球磨或磨盘式粉碎过程来实现。然而，用于减少d50粒径的此类过程需要在形成SOFC的整个过程中的另外步骤。另外的加工步骤可对总体过程添加显著的成本，以及创造错误或缺陷发生的额外机会。
根据本文描述的一个实施例，稳定的氧化锆可具有不大于1120℃的峰值烧结温度(T峰)，并且可由具有至少150nm的d50粒径的稳定氧化锆颗粒形成。例如，稳定氧化锆颗粒可具有至少160nm，例如至少170nm、至少180nm、至少190nm、至少200nm、至少210nm、至少220nm、至少230nm、至少240nm、至少250nm、至少260nm、至少270nm、至少280nm、或至少290nm的d50粒径。在一个实施例中，稳定氧化锆颗粒可包括不大于400nm的d50粒径。由具有大于400nm的d50粒径的稳定氧化锆形成的部件可趋于具有弱烧结性和弱机械强度。根据一个实施例，例如，稳定氧化锆颗粒可具有不大于350nm，例如不大于300nm、不大于290nm、不大于280nm、不大于279nm、不大于260nm、不大于250nm、不大于240nm、不大于230nm、不大于220nm、不大于210nm、不大于200nm、不大于190nm、不大于180nm、不大于170nm、或不大于160nm的d50粒径。在阅读说明书后，技术人员应了解稳定氧化锆颗粒可具有在上述任何最大值或最小值的范围内的d50粒径。例如，稳定氧化锆颗粒可具有在150nm至400nm、150nm至300nm、170nm至280nm、或200nm至250nm的范围内的d50粒径。
返回参考图2，方法200还包括在步骤204时组合稳定氧化锆粉末与一种或多种掺杂剂，以形成部件前体例如电解质前体。例如，稳定氧化锆粉末(例如YSZ)可与本文描述的一种或多种掺杂剂组合，所述掺杂剂例如铜(Cu)、银(Ag)、锌(Zn)、锰(Mn)、铝(Al)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)或其任何组合。稳定的氧化锆粉末可与特定量的各个掺杂剂中的一种或多种组合。例如，稳定的氧化锆粉末可与Mn和上述掺杂剂中的一种或多种组合。在另一个例子中，除上述掺杂剂中的一种或多种之外，稳定氧化锆粉末可与Mn和Al组合。存在的掺杂剂的量可表示为原子百分比(原子％)。
例如，在包括Mn的一个实施例中，部件前体可包括不大于5原子％，例如不大于4原子％、或不大于3原子％的量的Mn。在一个非限制性实施例中，部件前体可包括至少1原子％，例如至少2原子％、或至少3原子％的量的Mn。在阅读说明书后，技术人员应了解部件前体可包括在上述任何最大值或最小值的范围内的量的Mn。例如，部件前体可包括在1原子％至5原子％、或2原子％至4原子％的范围内的量的Mn。在一个特定实施例中，部件前体可包括2.5原子％至3.5原子％的量的Mn。
在包括Al的一个实施例中，部件前体可包括至少0.5原子％，例如至少0.75原子％、至少1原子％、至少1.5原子％、至少2原子％、至少2.5原子％、或至少3原子％的量的Al。在一个实施例中，部件前体可包括不大于3原子％，例如不大于2.5原子％、不大于2原子％、不大于1.5原子％、不大于1原子％、或不大于0.5原子％的量的Al。在阅读说明书后，技术人员应了解部件前体可包括在上述任何最大值或最小值的范围内的量的Al。例如，部件前体可包括在0.5原子％至2.5原子％、或0.5原子％至2原子％的范围内的量的Al。在一个特定实施例中，部件前体可包括0.5原子％至1.5原子％的量的Al。
在包括Fe的一个实施例中，部件前体可包括至少1原子％，例如至少2原子％、至少3原子％、至少4原子％、至少5原子％、或至少6原子％的量的Fe。在一个实施例中，部件前体可包括不大于10原子％，例如不大于9原子％、不大于8原子％、不大于7原子％、不大于6原子％、不大于5原子％、不大于4原子％、或不大于3原子％的量的Fe。在阅读说明书后，技术人员应了解部件前体可包括在上述任何最大值或最小值的范围内的量的Fe。例如，部件前体可包括在1原子％至10原子％、2原子％至10原子％、3原子％至9原子％、4原子％至8原子％的范围内的量的Fe。在一个特定实施例中，部件前体可包括5原子％至6原子％的量的Fe。
在包括Co的一个实施例中，部件前体可包括至少1原子％，例如至少2原子％、至少3原子％、至少4原子％、至少5原子％、或至少6原子％的量的Co。在一个实施例中，部件前体可包括不大于10原子％，例如不大于9原子％、不大于8原子％、不大于7原子％、不大于6原子％、不大于5原子％、不大于4原子％、或不大于3原子％的量的Co。在阅读说明书后，技术人员应了解部件前体可包括在上述任何最大值或最小值的范围内的量的Co。
在包括Ni的一个实施例中，部件前体可包括至少1原子％，例如至少2原子％、至少3原子％、至少4原子％、至少5原子％、或至少6原子％的量的Ni。在一个实施例中，部件前体可包括不大于10原子％，例如不大于9原子％、不大于8原子％、不大于7原子％、不大于6原子％、不大于5原子％、不大于4原子％、或不大于3原子％的量的Ni。在阅读说明书后，技术人员应了解部件前体可包括在上述任何最大值或最小值的范围内的量的Ni。
在包括Cu的一个实施例中，部件前体可包括至少0.1原子％，例如至少0.2原子％、至少0.3原子％、至少0.4原子％、至少0.5原子％、至少0.6原子％、至少0.7原子％、至少0.8原子％、至少0.9原子％、或至少1原子％的量的Cu。在一个实施例中，部件前体可包括不大于1原子％，例如不大于0.9原子％、不大于0.8原子％、不大于0.7原子％、不大于0.6原子％、不大于0.5原子％、不大于0.4原子％、不大于0.3原子％、不大于0.2原子％、或不大于0.1原子％的量的Cu。在阅读说明书后，技术人员应了解部件前体可包括在上述任何最大值或最小值的范围内的量的Cu。例如，部件前体可包括在0.1原子％至1原子％、0.2原子％至0.9原子％、0.3原子％至0.8原子％、或0.4原子％至0.7原子％的范围内的量的Cu。在一个特定实施例中，部件前体可包括0.4原子％至0.6原子％的量的Cu。
在包括Ag的一个实施例中，部件前体可包括至少0.1原子％，例如至少0.2原子％、至少0.3原子％、至少0.4原子％、至少0.5原子％、至少0.6原子％、至少0.7原子％、至少0.8原子％、至少0.9原子％、或至少1原子％的量的Ag。在一个实施例中，部件前体可包括不大于1原子％，例如不大于0.9原子％、不大于0.8原子％、不大于0.7原子％、不大于0.6原子％、不大于0.5原子％、不大于0.4原子％、不大于0.3原子％、不大于0.2原子％、或不大于0.1原子％的量的Ag。在阅读说明书后，技术人员应了解部件前体可包括在上述任何最大值或最小值的范围内的量的Ag。
在包括Zn的一个实施例中，部件前体可包括至少0.1原子％，例如至少0.2原子％、至少0.3原子％、至少0.4原子％、至少0.5原子％、至少0.6原子％、至少0.7原子％、至少0.8原子％、至少0.9原子％、或至少1原子％的量的Zn。在一个实施例中，部件前体可包括不大于1原子％，例如不大于0.9原子％、不大于0.8原子％、不大于0.7原子％、不大于0.6原子％、不大于0.5原子％、不大于0.4原子％、不大于0.3原子％、不大于0.2原子％、或不大于0.1原子％的量的Zn。在阅读说明书后，技术人员应了解部件前体可包括在上述任何最大值或最小值的范围内的量的Zn。
在本文描述的实施例中，部件前体可包括与一种或多种掺杂剂组合的稳定的氧化锆粉末，以提供具有不大于约1120℃的峰值烧结温度(T峰)的部件前体。具有不大于约1120℃的峰值烧结温度(T峰)的部件前体可更紧密地接近其他SOFC部件或其前体的峰值烧结温度，这可允许例如通过使本文描述的实施例的部件前体与一种或多种其他SOFC部件或其前体共烧结的更少的制造步骤。具有不大于约1120℃的峰值烧结温度(T峰)的部件前体还可允许低温烧结，使得可避免相互扩散和电阻相的形成。例如，在一个实施例中，部件前体可具有不大于约1119℃，例如不大于约1118℃、不大于约1117℃、不大于约1116℃、不大于约1115℃、不大于约1114℃、不大于约1113℃、不大于约1112℃、不大于约1111℃、不大于约1110℃、不大于约1109℃、不大于约1108℃、不大于约1107℃、不大于约1106℃、不大于约1105℃、不大于约1104℃、不大于约1103℃、不大于约1102℃、不大于约1101℃、不大于约1100℃、不大于约1095℃、不大于约1090℃、不大于约1185℃、或甚至不大于约1080℃的峰值烧结温度(T峰)。在一个举例说明性、非限制性实施例中，部件前体可包括至少约1070℃，例如至少约1075℃的峰值烧结温度(T峰)。在阅读说明书后，技术人员应了解部件前体可包括在上述任何最大值或最小值的范围内的峰值烧结温度(T峰)。例如，在一个实施例中，峰值烧结温度(T峰)可在1070至1120℃、或1070℃至1110℃的范围内。
返回参考图2，如方法200的步骤206中示出的，部件前体可在不大于约1120℃的温度下烧结，以形成具有至少96％的理论密度的部件。值得注意的是，不大于1120℃的烧结温度足以引起前体部件达到至少96％的理论密度。尽管不希望受任何特定理论束缚，但认为一种或多种掺杂剂允许稳定的氧化锆前体在不大于1120℃的峰值烧结温度下达到至少96％的理论密度。根据一个实施例，部件前体可在不大于约1120℃的温度下烧结，以形成具有至少约96％，例如至少约97％、至少约98％、至少约99％、或甚至100％的理论密度的部件。在阅读说明书后，技术人员应了解部件前体可在不大于约1120℃的温度下烧结，以形成具有在上述任何最大值或最小值的范围内的理论密度的部件。
相反，部件前体可在不大于约1120℃的温度下烧结，以形成具有特定孔隙率的部件。作为加工的天然后果，一些残留孔隙率可保留在所得到的部件例如电解质部件中。然而，任何此类残留孔隙率典型地为闭孔率而不是连接线网络。根据一个实施例，部件前体可在不大于约1120℃的温度下烧结，以形成具有不大于约5体积％，例如不大于约4体积％、不大于约3体积％、不大于约2体积％、或不大于约1体积％的孔隙率的部件。在阅读说明书后，技术人员应了解部件前体可在不大于约1120℃的温度下烧结，以形成具有在上述任何最大值或最小值的范围内的孔隙率的部件。
在一个实施例中，部件前体可包括与至少三种不同的掺杂剂组合且具有不大于约1120℃的峰值烧结温度(T峰)的稳定的氧化锆粉末。例如，部件前体可包括与选自下述的至少三种不同掺杂剂组合的稳定的氧化锆粉末：铜(Cu)、银(Ag)、锌(Zn)、锰(Mn)、铝(Al)、铁(Fe)、钴(Co)和镍(Ni)。在一个特定实施例中，稳定的氧化锆粉末可与Mn、Al和Fe组合。在另一个实施例中，稳定的氧化锆粉末可与Mn、Al和Cu组合。
部件前体的烧结可通过本领域已知的任何方法包括无压烧结来实施。然而，因非均匀颗粒包装形成的缺陷，如瞬时应力、开裂、大孔或空隙，在无压烧结期间不容易消失，并且导致趋于限制致密化。在一个实施例中，烧结部件前体可包括压力辅助烧结，例如热等静压(HIP)、单轴热压(HP)或烧结锻造。在一个特定实施例中，烧结通过烧结锻造来实施。
在一个特定实施例中，部件前体可与用于形成SOFC制品的其他或不同的部件或部件前体共烧结。例如，在一个实施例中，部件可为电解质，并且电解质可与SOFC制品的其他部件共烧结，所述其他部件例如阳极层、阴极层或其组合。
在烧结部件前体以形成SOFC的部件后，部件可包括稳定的氧化锆和一种或多种掺杂剂。如本文讨论的，部件如本文描述的由部件前体形成，所得到的部件可包括稳定的氧化锆和至少三种不同的掺杂剂。在一个特定实施例中，稳定的氧化锆可包括Mn、Al、Cu、Fe或其任何组合。在一个实施例中，稳定的氧化锆可包括Mn、Al和Cu。在另一个特定实施例中，稳定的氧化锆可包括Mn、Al和Fe。
在一个实施例中，部件的一种或多种掺杂剂各自可以以部件的特定量存在。存在的掺杂剂的量可表示为原子百分比(原子％)。在包括Mn的一个实施例中，Mn可以以不大于5原子％的量存在于部件中。例如，Mn可以不大于4原子％，例如或不大于3原子％的量存在于部件中。在一个非限制性实施例中，Mn可以以至少1原子％的量存在于部件中。例如，Mn可以以至少2原子％，例如至少3原子％的量存在于部件中。在阅读说明书后，技术人员应了解Mn可以在上述任何最大值或最小值的范围内的量存在于部件中。例如，Mn可以在1原子％至5原子％、或2原子％至4原子％的范围内存在于部件中。在一个特定实施例中，Mn可以以2.5原子％至3.5原子％的量存在于部件中。
在包括Al的一个实施例中，Al可以以至少0.5原子％的量存在于部件中。例如，Al可以以至少0.75原子％，例如至少1原子％、至少1.5原子％、至少2原子％、至少2.5原子％、或至少3原子％的量存在于部件中。在一个实施例中，Al可以以不大于3原子％的量存在于部件中。例如，Al可以以不大于2.5原子％，例如不大于2原子％、不大于1.5原子％、不大于1原子％、或不大于0.5原子％的量存在于部件中。在阅读说明书后，技术人员应了解Al可以在上述任何最大值或最小值的范围内的量存在于部件中。例如，Al可以在0.5原子％至2.5原子％、或0.5原子％至2原子％的范围内存在于部件中。在一个特定实施例中，Al可以以0.5原子％至1.5原子％的量存在于部件中。
在包括Fe的一个实施例中，Fe可以以至少1原子％的量存在于部件中。例如，Fe可以以至少2原子％，例如至少3原子％、至少4原子％、至少5原子％、或至少6原子％的量存在于部件中。在一个实施例中，Fe可以以不大于10原子％的量存在于部件中。例如，Fe可以以不大于9原子％，例如不大于8原子％、不大于7原子％、不大于6原子％、不大于5原子％、不大于4原子％、或不大于3原子％的量存在于部件中。在阅读说明书后，技术人员应了解Fe可以在上述任何最大值或最小值的范围内的量存在于部件中。例如，Fe可以在1原子％至10原子％、2原子％至10原子％、3原子％至9原子％、4原子％至8原子％的范围内存在于部件中。在一个特定实施例中，Fe可以以5原子％至6原子％的量存在于部件中。
在包括Cu的一个实施例中，Cu可以以至少0.1原子％的量存在于部件中。例如，Cu可以以至少0.2原子％，例如至少0.3原子％、至少0.4原子％、至少0.5原子％、至少0.6原子％、至少0.7原子％、至少0.8原子％、至少0.9原子％、或至少1原子％的量存在于部件中。在一个实施例中，Cu可以以不大于1.2原子％的量存在于部件中。例如，Cu可以以不大于1原子％，例如不大于0.9原子％、不大于0.8原子％、不大于0.7原子％、不大于0.6原子％、不大于0.5原子％、不大于0.4原子％、不大于0.3原子％、不大于0.2原子％、或不大于0.1原子％的量存在于部件中。在阅读说明书后，技术人员应了解Cu可以在上述任何最大值或最小值的范围内的量存在于部件中。例如，Cu可以在0.1原子％至1原子％、0.2原子％至0.9原子％、0.3原子％至0.8原子％、或0.4原子％至0.7原子％的范围内存在于部件中。在一个特定实施例中，Cu可以以0.4原子％至0.6原子％的量存在于部件中。
包括根据本文的至少一个实施例的部件的固体氧化物燃料电池可配置为提供平均初始电池开路电压(OCV)，所述平均初始电池开路电压不大于具有包括无掺杂8YSZ的电解质的电池的平均初始电池OCV(其典型地大于1.10V)。根据一个实施例，具有三种或更多种掺杂剂的部件可提供在800℃下不大于1.10V的平均初始电池OCV。在一个特定实施例中，根据本文实施例的部件可提供不大于1.09V，例如不大于1.08V、不大于1.07V、或甚至不大于1.06V的平均初始电池OCV。应了解根据本文实施例的部件可提供大于最终SOFC系统中的典型操作电压(其典型地为至少0.75V)的平均初始电池OCV。
相对高的平均初始电池OCV可归因于具有离子电导率的电解质。尽管通常需要获得高平均初始电池OCV以便获得最终SOFC的相应高的粉末密度，但申请人已发现，小的电子电导率是期望的，并且单独提供离子电导率的电解质可经历比具有小量电子电导率的电解质相对更高的降解速率。申请人已发现小量的电子电导率可通过使用选择的掺杂剂及其组合而引入电解质内。因此，申请人已发现，具有不大于1.10V的平均初始电池OCV的电解质可享有随着时间经过比具有大于1.10V的平均初始电池OCV的电解质减少的降解。在特定实施例中，具有不大于1.08V的平均初始电池OCV的根据本文实施例的电解质可享有随着时间经过比具有大于1.08V的平均初始电池OCV的电解质减少的降解。
因此，用电子掺杂剂例如Mn、Al、Fe或Cu掺杂高度离子导体例如8YSZ例如可使平均初始电池OCV减少超出无掺杂8YSZ的那种。在特定实施例中，用三种或更多种不同的电子掺杂剂包括Mn、Al、Fe或Cu掺杂8YSZ例如可使平均初始电池OCV减少超出用小于三种不同掺杂剂掺杂的8YSZ的那种。
许多不同方面和实施例是可能的。这些方面和实施例中的一些在本文文中描述。在阅读本说明书后，技术人员应理解这些方面和实施例仅是举例说明性的，并且不限制本发明的范围。实施例可与如下文列出的项目中的任何一个或多个一致。
实例
实例仅作为举例说明而给出，并且不限制如所附权利要求中限定的本发明的范围。实例证实根据举例说明性、非限制性实施例的SOFC部件的形成。
用于制备稳定氧化锆部件的下述几个样品的起始粉末为8摩尔％YSZ(8YSZ)。8YSZ粉末具有至少150nm的d50粒径。不实施对8YSZ的进一步加工来减少d50粒径。
制备包括无掺杂8YSZ的对照样品，并且制备包括掺杂有一种或多种掺杂剂的8YSZ的几个样品。一种或多种掺杂剂包括Mn、Al、Fe和Cu。制备的样品部件包括8YSZ的样品，由3原子％Mn和1原子％Al掺杂的8YSZ的样品(3Mn-1Al)，由3原子％Mn、1原子％Al和8原子％Fe掺杂的8YSZ的样品(3Mn-1Al-8Fe)，由3原子％Mn、1原子％Al和4原子％Fe掺杂的8YSZ的样品(3Mn-1Al-4Fe)，由3原子％Mn、1原子％Al和6原子％Fe掺杂的8YSZ的样品(3Mn-1Al-6Fe)，由3原子％Mn、1原子％Al和0.5原子％Cu掺杂的8YSZ的样品(3Mn-1Al-0.5Cu)，以及由1原子％Cu掺杂的8YSZ的样品(1Cu)。
通过非均相沉淀法制备掺杂剂粉末。掺杂剂的氢氧化物前体粉末从其分别的可溶性盐中沉淀。特别地，将Al(NO3)3·9H2O，Mn(NO3)2·6H2O和Fe(NO3)3·9H2O的粉末溶解于去离子(DI)水中。将溶液搅拌并且在需要时加入NH4·NH3以调整pH值。在制备具有Cu的掺杂剂溶液中，将具有不大于50nm的d50粒径的CuO粉末直接加入溶液内，而无非均相沉淀。
制备的掺杂剂随后与8YSZ粉末混合。将称重的8YSZ粉末倾入制备的掺杂剂溶液内，以形成浆料。将浆料球磨且干燥成粉末。将干燥的粉末压碎，过筛且加热至600℃，以形成煅烧的金属氧化物掺杂的8YSZ粉末。将煅烧的粉末单轴压制成具有5.0mm高度和6.5mm直径的丸粒。所有样品的生坯密度为约40％。样品部件随后进行测试，以测定其各自的峰值烧结温度(T峰)和各向异性因子。
项目
项目1：一种固体氧化物燃料电池的部件，所述部件包含：
包括稳定氧化锆和至少三种不同掺杂剂的电解质。
项目2：一种固体氧化物燃料电池的部件，所述部件包含：具有不大于1120℃的峰值烧结温度，并且由具有至少150nm的d50粒径的稳定氧化锆颗粒形成的稳定氧化锆。
项目3：一种固体氧化物燃料电池的部件，所述部件包含：
配置为在单电池固体氧化物燃料电池中提供如通过不大于1.09V的平均初始电池开路电压(OCV)指示的小的电子传导的电解质。
项目4：项目10或14中任一项的部件，其中所述部件是电解质。
项目5：前述项目中任一项的部件，其中所述部件是电解质，并且其中所述电解质具有至少96％、至少97％、至少98％、至少99％、或100％的理论密度。
项目6：前述项目中任一项的部件，其中所述电解质包括至少三种不同的掺杂剂，并且其中电解质配置为在单一电池固体氧化物燃料电池中提供不大于1.08V的平均初始电池开路电压(OCV)。
项目7：前述项目中任一项的部件，其中所述稳定氧化锆由具有至少150nm的d50粒径的稳定氧化锆颗粒形成，其中所述稳定氧化锆具有峰值烧结温度，并且其中所述峰值烧结温度不大于1115℃、不大于1110℃、不大于1105℃、不大于1100℃、不大于1095℃、不大于1090℃、不大于1085℃、或不大于1080℃。
项目8：前述项目中任一项的部件，其中所述稳定氧化锆由具有至少150nm的d50粒径的稳定氧化锆颗粒形成，并且其中所述稳定氧化锆具有峰值烧结温度，并且其中所述峰值烧结温度为至少1075℃、至少1080℃、至少1085℃、至少1090℃、至少1095℃、至少1100℃、至少1105℃、至少1110℃、或至少1115℃。
项目9：前述项目中任一项的部件，其中所述稳定氧化锆由具有至少150nm的d50粒径的稳定氧化锆颗粒形成，并且其中所述稳定氧化锆具有峰值烧结温度，并且其中所述峰值烧结温度在1080至1120℃、1085℃至1115℃、或1090℃至1110℃的范围内。
项目10：前述项目中任一项的部件，其中所述部件是电解质，并且其中所述电解质由具有至少150nm、至少160nm、至少170nm、至少180nm、至少190nm、至少200nm、至少210nm、至少220nm、至少230nm、至少240nm、至少250nm、至少260nm、至少270nm、至少280nm、至少290nm的d50粒径的稳定氧化锆颗粒形成。
项目11：前述项目中任一项的部件，其中所述部件是电解质，并且其中所述电解质由具有不大于400nm、不大于350nm、不大于300nm、不大于290nm、不大于280nm、不大于279nm、不大于260nm、不大于250nm、不大于240nm、不大于230nm、不大于220nm、不大于210nm、不大于200nm、不大于190nm、不大于180nm、不大于170nm、不大于160nm的d50粒径的稳定氧化锆颗粒形成。
项目12：前述项目中任一项的部件，其中所述部件是电解质，并且其中所述电解质由具有在150nm至400nm、150nm至300nm、170nm至280nm、或200nm至250nm的范围内的d50粒径的稳定氧化锆颗粒形成。
项目13：前述项目中任一项的部件，其中所述稳定氧化锆包括一种或多种掺杂剂。
项目14：前述项目中任一项的部件，其中所述稳定氧化锆包括Mn、Al、Cu、Fe或其任何组合。
项目15：前述项目中任一项的部件，其中所述稳定氧化锆包括Mn、Al和Cu。
项目16：前述项目中任一项的部件，其中所述稳定氧化锆包括Mn、Al和Fe。
项目17：前述项目中任一项的部件，其中所述稳定氧化锆包括Mn，并且其中所述Mn以不大于5原子％、不大于4原子％、或不大于3原子％的量存在。
项目18：前述项目中任一项的部件，其中所述稳定氧化锆包括Mn，并且其中所述Mn以至少1原子％、至少2原子％、或至少3原子％的量存在。
项目19：前述项目中任一项的部件，其中所述稳定氧化锆包括Mn，并且其中所述Mn在1原子％至5原子％、或2原子％至4原子％的范围内存在。
项目20：前述项目中任一项的部件，其中所述稳定氧化锆包括Mn，并且其中所述Mn以2.5原子％至3.5原子％的量存在。
项目21：前述项目中任一项的部件，其中所述稳定氧化锆包括Al，并且其中所述Al以至少0.5原子％、至少0.75原子％、至少1原子％、至少1.5原子％、至少2原子％、至少2.5原子％、或至少3原子％的量存在。
项目22：前述项目中任一项的部件，其中所述稳定氧化锆包括Al，并且其中所述Al以不大于3原子％、不大于2.5原子％、不大于2原子％、不大于1.5原子％、不大于1原子％、或不大于0.5原子％的量存在。
项目23：前述项目中任一项的部件，其中所述稳定氧化锆包括Al，并且其中所述Al在0.5原子％至2.5原子％、或0.5原子％至2原子％的范围内存在。
项目24：前述项目中任一项的部件，其中所述稳定氧化锆包括Al，并且其中所述Al以0.5原子％至1.5原子％的量存在。
项目25：前述项目中任一项的部件，其中所述稳定氧化锆包括Fe，并且其中所述Fe以至少1原子％、至少2原子％、至少3原子％、至少4原子％、至少5原子％、或至少6原子％的量存在。
项目26：前述项目中任一项的部件，其中所述稳定氧化锆包括Fe，并且其中所述Fe以不大于10原子％、不大于9原子％、不大于8原子％、不大于7原子％、不大于6原子％、不大于5原子％、不大于4原子％、或不大于3原子％的量存在。
项目27：前述项目中任一项的部件，其中所述稳定氧化锆包括Fe，并且其中所述Fe在1原子％至10原子％、2原子％至10原子％、3原子％至9原子％、4原子％至8原子％的范围内存在。
项目28：前述项目中任一项的部件，其中所述稳定氧化锆包括Fe，并且其中所述Fe以5原子％至6原子％的量存在。
项目29：前述项目中任一项的部件，其中所述稳定氧化锆包括Cu，并且其中所述Cu以至少0.1原子％、至少0.2原子％、至少0.3原子％、至少0.4原子％、至少0.5原子％、至少0.6原子％、至少0.7原子％、至少0.8原子％、至少0.9原子％、或至少1原子％的量存在。
项目30：前述项目中任一项的部件，其中所述稳定氧化锆包括Cu，并且其中所述Cu以不大于1原子％、不大于0.9原子％、不大于0.8原子％、不大于0.7原子％、不大于0.6原子％、不大于0.5原子％、不大于0.4原子％、不大于0.3原子％、不大于0.2原子％、或不大于0.1原子％的量存在。
项目31：前述项目中任一项的部件，其中所述稳定氧化锆包括Cu，并且其中所述Cu在0.1原子％至1原子％、0.2原子％至0.9原子％、0.3原子％至0.8原子％、或0.4原子％至0.7原子％的范围内存在。
项目32：前述项目中任一项的部件，其中所述稳定氧化锆包括Cu，并且其中所述Cu以0.4原子％至0.6原子％的量存在。
项目33：前述项目中任一项的部件，其中所述稳定氧化锆包括稳定剂，并且其中所述稳定剂包括Y2O3、CeO2、CaO或其任何组合。
项目34：前述项目中任一项的部件，其中所述部件具有至少5微米、至少7微米、至少9微米、至少10微米、至少12微米、至少14微米、至少15微米、至少17微米、或至少19微米的厚度。
项目35：前述项目中任一项的部件，其中所述部件具有不大于250微米、不大于200微米、不大于150微米、不大于100微米、不大于75微米、不大于50微米、不大于20微米、不大于19微米、不大于17微米、不大于15微米、不大于12微米、不大于10微米、不大于9微米、或不大于7微米的厚度。
项目36：前述项目中任一项的部件，其中所述部件具有在5微米至20微米、或10微米至15微米范围内的厚度。
项目37：前述项目中任一项的部件，其中所述部件具有不大于5体积％、不大于4体积％、不大于3体积％、不大于2体积％、或不大于1体积％的孔隙率。
项目38：前述项目中任一项的部件，其中所述固体氧化物燃料电池具有至少0.85V、至少0.95V、至少1.05V的电池初始开路电压(OCV)。
项目39：前述项目中任一项的部件，其中所述固体氧化物燃料电池具有不大于1.09V、不大于1.08V、不大于1.07V、不大于1.06V、不大于1.05V的电池初始开路电压。
项目40：前述项目中任一项的部件，其中所述固体氧化物燃料电池具有在0.75V至1.09V的范围内的电池初始开路电压。
项目41：前述项目中任一项的部件，其中所述固体氧化物燃料电池还包括阳极。
项目42：前述项目中任一项的部件，其中所述固体氧化物燃料电池还包括阴极。
项目43：前述项目中任一项的部件，其中所述固体氧化物燃料电池还包括与所述部件一起排列在子电池中的阳极和阴极，其中所述子电池包括设置在所述部件的第一侧上的阳极，以及设置在所述部件的第二侧上的阴极，其中所述第二侧不同于所述第一侧。
项目44：项目43的部件，其中所述固体氧化物燃料电池还包括设置在远离所述电解质的阴极或阳极中的一个或多个上的连接线。
项目45：前述项目中任一项的部件，其中所述固体氧化物燃料电池还包括在堆叠体中排列的两个或更多个子电池，其中所述连接线设置在所述子电池之间。
项目46：项目43中任一项的部件，其中所述阴极包括阴极功能层。
项目47：项目41、以及43至46中任一项的部件，其中所述阳极包括阳极功能层。
项目48：项目43中任一项的部件，其中所述阴极包括阴极本体层。
项目49：项目41、以及43至46中任一项的部件，其中所述阳极包括阳极本体层。
项目50：一种形成固体氧化物燃料电池的部件的方法，所述方法包括：提供具有d50粒径为至少150nm的稳定氧化锆颗粒的稳定氧化锆粉末；组合所述稳定氧化锆粉末与一种或多种掺杂剂，以形成部件前体；并且在不大于1120℃的温度下烧结所述部件前体，以形成具有至少96％的理论密度的部件。
项目51：项目50的方法，其中所述d50粒径为至少160nm、至少170nm、至少180nm、至少190nm、至少200nm、至少210nm、至少220nm、至少230nm、至少240nm、至少250nm、至少260nm、至少270nm、至少280nm、或至少290nm。
项目52：项目50或51中任一项的方法，其中所述d50粒径不大于300nm、不大于290nm、不大于280nm、不大于279nm、不大于260nm、不大于250nm、不大于240nm、不大于230nm、不大于220nm、不大于210nm、不大于200nm、不大于190nm、不大于180nm、不大于170nm、或不大于160nm。
项目53：项目50至52中任一项的方法，其中所述d50粒径在150nm至300nm、170nm至280nm、或200nm至250nm的范围内。
项目54：项目50至53中任一项的方法，其中所述理论密度为至少97％、至少98％、至少99％、或100％。
项目55：项目50至54中任一项的方法，其中所述部件前体是电解质前体。
项目56：项目50至55中任一项的方法，其中所述部件是电解质。
项目57：项目50至56中任一项的方法，其中所述一种或多种掺杂剂包括Mn、Al、Cu、Fe或其任何组合。
项目58：项目50至56中任一项的方法，其中所述一种或多种掺杂剂包括Mn、Al和Cu。
项目59：项目50至56中任一项的方法，其中所述一种或多种掺杂剂包括Mn、Al和Fe。
实例1-T峰
实施膨胀仪(Dilometery)烧结以测定峰值烧结温度(T峰)。样品的致密化速率可通过样品的线性收缩的导数曲线来获得。实施几个烧结计划以测定峰值烧结温度(T峰)。例如，一些烧结计划包括15℃/分钟、10℃/分钟、2℃/分钟、1℃/分钟或其组合的加热速率。一些烧结计划还包括一个或多个“保持”温度、或等温保持，其中样品维持在一个或多个特定温度下预定时间量，通常长于加热速率。
图3示出了各部件样品的各自的峰值烧结温度(T峰)。测试的峰值烧结温度(T峰)还在表1中列出。
表1-测试粉末的T峰
粉末 T峰(℃)
8YSZ 1280
3Mn-1Al 1128
3Mn-1Al-8Fe 1110
3Mn-1Al-4Fe 1108
3Mn1-Al-6Fe 1103
3Mn-1A-0.5Cu l 1104
掺杂有包括Mn和Al的两种掺杂剂(共掺杂)的8YSZ的部件样品在美国专利号8,357,474中描述，所述美国专利归属于Saint-Gobain Ceramics&Plastics.，Inc.，本专利申请的受让人。例如，YSZ可掺杂有3原子％Mn和1原子％Al(3Mn-1Al)。如本文描述的，并且如图3和表1中示出的，3Mn-1Al可具有约1128℃的峰值烧结温度(T峰)。然而，如就本文实施例而言描述的，已作出减少YSZ的峰值烧结温度的进一步进展。例如，如图3和表1中示出的，如本文描述的部件样品例如3Mn-1Al-8Fe、3Mn-1Al-4Fe、3Mn1-Al-6Fe、3Mn-1A-0.5Cu和1Cu，全部获得不大于1120℃的峰值烧结温度(T峰)，并且由具有至少150nm的d50粒径的稳定氧化锆颗粒形成。
根据一个实施例，包括掺杂有3Mn-1Al-8Fe的稳定氧化锆的部件可具有小于1120℃的峰值烧结温度(T峰)。例如，如图3中示出的，掺杂有3Mn-1Al-8Fe的稳定氧化锆可具有在1100℃至1120℃范围内且特别为约1110℃的T峰。
根据一个实施例，包括掺杂有3Mn-1Al-4Fe的稳定氧化锆的部件可具有小于1120℃的峰值烧结温度(T峰)。例如，如图3中示出的，掺杂有3Mn-1Al-4Fe的稳定氧化锆可具有在1100℃至1120℃范围内且特别为约1108℃的T峰。
根据一个实施例，包括掺杂有3Mn-1Al-6Fe的稳定氧化锆的部件可具有小于1120℃峰值烧结温度(T峰)。例如，如图3中示出的，掺杂有3Mn-1Al-6Fe的稳定氧化锆可具有在1100℃至1120℃范围内且特别为约1103℃的T峰。在一个特定实施方案中，已实现低至1076℃的峰值烧结温度(T峰)。
根据一个实施例，包括掺杂有3Mn-1Al-0.5Cu的稳定氧化锆的部件可具有小于1120℃的峰值烧结温度(T峰)。例如，如图3中示出的，掺杂有3Mn-1Al-0.5Cu的稳定氧化锆可具有在1100℃至1120℃范围内且特别为约1104℃的T峰。在一个特定实施方案中，已实现低至1094℃的峰值烧结温度(T峰)。
实例2-电导率
对包括掺杂有Mn和Al的8YSZ的电解质部件，以及包括掺杂有Mn、Al和Fe的8YSZ的电解质部件进行初始电池开路电压(OCV)实验。电解质部件用于形成包括电解质部件、阳极和阴极的单电池SOFC。根据本领域的标准方法，对最终形成的SOFC随后测试初始电池OCV。例如，对于短期测试，在设置堆叠体后，测量空气侧和燃料侧泄露速率两者。燃料和空气流速分别为300和900sccm。如果堆叠体通过泄露测试，则将它以2℃/分钟加热直至达到800℃。在该点时，氢浓度逐步增加，以减少NiO。当OCV在100％H2(或约98.3％H2+1.7％H2O)下稳定时，在800℃下获得三组I-V曲线和阻抗。结果在下表2和3以及图4中示出。
表2示出了掺杂有Mn和Al的8YSZ的电池初始OCV的结果。如表2中所示，将电池测试11次(或测试11个等同的电池)，平均电池初始OCV为1.0830455。表3示出了掺杂有Mn、Al和Fe的8YSZ的电池初始OCV的结果。如表3中所示，将电池测试5次，平均电池初始OCV为1.0694。
图4包括示出在表2和3中分别示出的电解质结果的“箱线图”。特别地，图4的箱线图分别示出了表2和3的四分位数结果。
表2-在800℃下测量的掺杂有Mn和Al的8YSZ的电池初始OCV。
表3-在800℃下测量的掺杂有Mn、Al和Fe的8YSZ的电池初始OCV。
应当指出并非需要上文一般描述或实例中描述的所有活动，特定活动的一部分可能是不需要的，并且除所述那些之外，可实施一种或多种另外的活动。再进一步地，活动列出的次序不一定是它们实施的次序。
益处、其他优点和问题解决方案已在上文就具体实施例而言进行描述。然而，所述益处、优点、问题解决方案和可引起任何益处、优点或解决方案发生或变得更显著的任何一个或多个特征不应解释为任何或所有权利要求的关键、所需或基本特征。
本文描述的实施例的详述和例证意欲提供各个实施例的结构的一般理解。说明书和举例说明不旨在充当仪器和系统的所有元件和特征的穷举和广泛描述，所述仪器和系统使用本文描述的结构或方法。为了明确起见，在本文中的分开实施例的背景下描述的某些特征还可在单个实施例中组合提供。相反，为了简洁起见，在单个实施例的背景下描述的各个特征也可分开或以任何子组合提供。此外，提及以范围内陈述的值包括该范围内的每个和每一个值。仅在阅读本说明书后，许多其他实施例对于本领域技术人员可为显而易见的。其他实施例可使用且来源于本公开内容，使得可作出结构替换、逻辑替换或另一种变化，而不背离本公开内容的范围。相应地，本公开内容应视为举例说明性的而不是限制性的。
尽管本发明已就具体实施例而言进行描述，但如本领域技术人员将想到的，在不背离如所附权利要求中所述的本发明的范围的情况下，可对此类实施例作出变化和添加。

Claims (15)

1.一种固体氧化物燃料电池的部件，所述部件包含：
包括稳定氧化锆和至少三种不同掺杂剂的电解质。
2.根据权利要求1所述的部件，其中所述稳定氧化锆具有不大于1120℃的峰值烧结温度。
3.根据权利要求1所述的部件，其中所述电解质由具有至少150nm的d50粒径的稳定氧化锆颗粒形成。
4.根据权利要求1所述的部件，其中所述电解质由具有不大于400nm的d50粒径的稳定氧化锆颗粒形成。
5.根据权利要求1所述的部件，其中所述稳定氧化锆包括Mn、Al、Cu、Fe或其任何组合。
6.根据权利要求1所述的部件，其中所述稳定氧化锆包括Mn，并且其中所述Mn以不大于5原子％的量存在。
7.根据权利要求1所述的部件，其中所述稳定氧化锆包括Al，并且其中所述Al以不大于3原子％的量存在。
8.根据权利要求1所述的部件，其中所述稳定氧化锆包括Fe，并且其中所述Fe以不大于10原子％的量存在。
9.根据权利要求1所述的部件，其中所述稳定氧化锆包括Cu，并且其中所述Cu以不大于1原子％的量存在。
10.一种固体氧化物燃料电池的部件，所述部件包含：
具有不大于1120℃的峰值烧结温度、并且由具有至少150nm的d50粒径的稳定氧化锆颗粒形成的稳定氧化锆。
11.根据权利要求10所述的部件，其中所述稳定氧化锆颗粒具有不大于400nm的d50粒径。
12.根据权利要求10所述的部件，其中所述稳定氧化锆包括Mn、Al、Cu、Fe或其任何组合。
13.根据权利要求10所述的部件，其中所述稳定氧化锆包括不大于5原子％的量的Mn，其中所述稳定氧化锆包括不大于3原子％的量的Al，并且其中所述稳定氧化锆包括不大于10原子％的量的Fe。
14.一种固体氧化物燃料电池的部件，所述部件包含：
配置为在单电池固体氧化物燃料电池中提供如通过不大于1.09V的平均初始电池开路电压(OCV)指示的小的电子传导的电解质。
15.根据权利要求14所述的部件，其中所述电解质包含包括一种或多种掺杂剂的稳定氧化锆。
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