CN108292769A - 电极支撑的管状固体氧化物电化学电池 - Google Patents

电极支撑的管状固体氧化物电化学电池 Download PDF

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Abstract

提供了适合用于电化学化学合成的电极支撑的管状固体氧化物电化学电池和用于制造其的方法。

Description

电极支撑的管状固体氧化物电化学电池
本专利文件的公开内容的一部分包含受版权保护的资料。版权所有人不反对任何人对专利文件或专利公开内容进行传真复制，因为其出现在专利和商标局专利文件或记录中，但是在其他方面保留任何所有版权。以下公告适用于软件和适用于下面以及形成本文件一部分的附图中所描述的数据：低排放资源公司(Copyright Low Emission ResourcesCorporation)，2015，版权所有，保留所有权力。
技术领域
本公开涉及固态电化学电池，更具体而言，涉及用于化学品(chemicals)的电化学合成的电极支撑的管状固体氧化物电化学电池，以及制造这类电极支撑的管状固体氧化物电化学电池的方法。
背景技术
并入离子导电固体电解质的电化学电池已经显示出对于气态化学合成应用的巨大希望。使用这类离子导电固体电解质的电化学合成可以以更高的反应速率产生高纯度气体，成本更低，并且没有传统催化化学合成工艺的几种化学副产物和有害的环境影响。
例如，氢气(H2)和氨(NH3)的传统催化生产以及其商业规模实施中涉及的步骤是非常耗能的过程，并且产生大量的二氧化碳(CO2)，二氧化碳是一种温室气体，全球科学界广泛承认其促进了地球大气和海洋的变暖。
氢气(H2)是许多工业化学品的重要原材料，而且也是可再生能源生产中的重要的主要燃料来源。目前，大部分工业氢气生产涉及含碳进料，比如天然气、煤、液化石油气等的催化蒸汽重整(catalytic steam reforming)，如下所示：
该工艺通常需要高温(比如700-1000℃)，并且，在实践中，涉及各种另外的步骤，比如从含碳进料中除硫。
氨(NH3)是世界上产量最高的无机化学品之一，这是因为它的许多商业用途，比如在肥料、炸药和聚合物中的用途。氨的现代商业生产通常使用Haber-Bosch工艺的一些变型。Haber-Bosch工艺涉及气态氮(N2)和氢(H2)在铁系催化剂上在高压(比如150-300bar)和高温(比如400-500℃)下的反应，如下所示：
N2+3H2→2NH3
在现代生产氨的工厂中，氮进料通常源自大气，但是氢进料通常源自上面讨论的含碳进料原料的催化蒸汽重整。在实践中，该工艺的实施需要各种其他步骤，比如在可以使用之前分离和纯化氢。
相比通过传统的催化工艺(比如上面讨论的那些)，通过电化学合成，可更有效和成本有效地实现工业上重要的化学品(比如氢和氨)的商业规模生产。例如，可通过直接电解蒸汽(H2O)产生氢气，而不需要含碳进料源和产生相当的二氧化碳。可通过使氢与氮直接反应而电化学产生氨，消除了在合成反应中在使用之前对于分离和纯化氢的中间步骤的需要。
电化学合成通常使用电化学电池进行，所述电化学电池并入两个电极(阳极和阴极)和将两个电极分开的电解质。如在电化学合成应用中所使用的，两个电极经电子电路与电源连接，并且电解质通常是这样的材料：其传导离子种类，但是不传导电子种类也不传导非电离种类，比如初始化学反应物和最终化学产物。当在两个电极之间施加电压时，反应物在一个电极处被离解和电离，并且电离的反应物种类通过电解质朝着相对电极(oppositeelectrode)迁移，其在那里反应(在一些情况下，与存在于相对电极处的第二反应物反应)，以形成期望的反应产物。根据期望的电化学合成反应，选择和优化电极和电解质的材料和构造。
为了电化学合成被广泛应用并且是商业上可行的，对这样的电化学电池存在需要，所述电化学电池可以以成本有效的、可扩展的方式，根据期望的电化学合成反应利用各种材料和以各种构造制造。而且，期望电化学电池具有结构和化学稳定性以及耐久性，以承受它们在其中运行的潜在的严苛温度、压力和化学环境。
发明内容
在一个方面中，本公开提供了一种管状固体氧化物电化学电池，其包含以管状形状配置的第一多孔电极，作为薄层设置在第一多孔电极的至少部分表面上的电解质，和设置在电解质的至少部分表面上的第二多孔电极。第一多孔电极包含固体氧化物电解质物质和第一电化学活性金属物质的第一混合离子/电子导电复合材料。电解质包含固体氧化物电解质物质。第二多孔电极包含相同固体氧化物电解质物质和第二电化学活性金属物质的第二混合离子/电子导电复合材料。
在另一方面中，本公开提供了一种固体管状固体氧化物电化学电池，其通过如下手段制造：以管状形状挤出电极料团(dough)，以形成第一电极，其中电极料团包含固体氧化物电解质物质、第一电化学活性金属物质、碳系成孔物质、粘合剂和溶剂；烧结挤出的第一电极，以使得碳系成孔物质烧掉并且在第一电极中形成孔；在烧结的第一电极的至少部分表面上形成电解质，其中电解质是固体氧化物电解质物质的薄层；和在电解质的至少部分表面上形成第二电极，其中第二电极包含固体氧化物电解质材料和第二电化学活性金属物质。
在仍另一方面中，本公开提供了一种用于制造管状固体氧化物电化学电池的方法，其包括下述步骤：形成电极料团，该电极料团包含固体氧化物电解质物质、第一电化学活性金属物质、第一碳系成孔物质、第一粘合剂和第一溶剂；以管状形状挤出电极料团，以形成第一电极；和烧结挤出的第一电极。形成包含固体氧化物电解质物质和第二溶剂的电解质浆料并且将其涂布在烧结的第一电极的至少部分表面上，并烧结电解质涂层。形成包含固体氧化物电解质物质、第二电化学活性金属物质、第二碳系成孔物质和第三溶剂的电极浆料并且将其涂布在烧结的电解质的至少部分表面，并烧结电极涂层。
附图说明
为了更好地理解本公开所涉及的本质、目的和方法，应结合附图参考详细说明，在所述附图中：
图1A、1B和1C描绘了根据本公开的一个实施方式的管状固体氧化物电化学电池；和
图2显示了流程图，其图解了用于制造根据本公开的管状固体氧化物电化学电池的方法的一个实施方式。
具体实施方式
本公开提供了用于电化学合成的电化学电池的成本有效的生产，所述电化学电池可根据期望的电化学合成反应而被定制和优化。本公开的电化学电池具有管状构造并且由固体氧化物陶瓷材料制成。根据本公开的管状固体氧化物电化学电池可以以各种构造被堆叠和布置，并且具有机械和化学稳定性以及耐久性，以用于各种气体(比如氢气、氨气、一氧化氮、合成气等)的商业规模的电化学合成。
图lA显示了根据本公开的管状固体氧化物电化学电池100的一个实施方式的等距视图。电化学电池100由以管状形状配置的第一电极110支撑，在该第一电极110上设置电解质120和第二电极130。如图1A中显示，电解质120作为薄层设置在第一电极110的至少一部分表面上，并且第二电极130设置在电解质120的至少一部分表面上。
图1B显示了通过图1A中显示的管状固体氧化物电化学电池100的中部(midsection)的横截面等距视图，而图1C显示了通过图1A中显示的管状固体氧化物电化学电池100的部分中部的轴向横截面图。第一电极110的平均厚度(T1)大于电解质120的薄层的平均厚度(T2)和第二电极130的平均厚度(T3)之和。相对厚的第一电极为电化学电池提供了机械支撑并且允许电解质更薄，这有助于减少电阻损耗以及通过电解质运输离子所需要的能量的量。通常，第一(支撑)电极的平均厚度(T1)在约5mm至约50mm的范围内，电解质的平均厚度(T2)在约5微米至约100微米的范围内，并且第二电极的平均厚度(T3)在约5微米至约100微米的范围内。
尽管在图1A-1C显示的实施方式中电解质120设置在第一(支撑)电极110的外表面上，并且第二电极130设置在电解质120的外表面上，但是本公开包括其中电解质和第二电极分别在第一电极和电解质的至少一部分内表面上形成的实施方式，从而第一(支撑)电极是电化学电池的最外层。
而且，根据期望的电化学合成反应、电解质的选择和反应装置的构造，第一(支撑)电极可用作阳极且第二电极用作阴极，或反之亦然(即，第一(支撑)电极可用作阴极且第二电极用作阳极)。
在本发明的电化学电池中使用的电解质通常由固体氧化物电解质物质(比如钙钛矿、氟石以及本领域已知的其他物质)制造。固体氧化物电解质物质优选地设计为具有高的离子导电性、低的电子导电性和高密度，以便防止非电离气体反应物混合。
钙钛矿通常指具有通式ABO3的一类金属氧化物材料，其中A指具有相对大的离子半径的金属阳离子，而B指具有相对小的离子半径的金属阳离子。钙钛矿材料的晶体结构高度耐受空位形成(vacancy formation)并且包括各种不同的相(比如Aurivilius相和Ruddleson Popper相)，使得钙钛矿材料非常适于用作离子导电电解质。“A”可包括但不限于单价金属阳离子(M1+，比如Na、K)、二价金属阳离子(M2+，比如Ca、Sr、Ba、Pb)、三价金属阳离子(M3+，比如Fe、La、Gd、Y)和其组合。“B”可包括但不限于五价金属阳离子(M5+，比如Nb、W)、四价金属阳离子(M4+，比如Ce、Zr、Ti)，三价金属阳离子(M3+，比如Mn、Fe、Co、Ga、Al)和其组合。
氟石通常指具有面心立方结构的一类材料，其包括具有通式MO2的金属氧化物，其中“M”可包括但不限于二价金属阳离子(M2+，比如Ca、Sr、Ba、Mg)、三价金属阳离子(M3+，比如Sc、Y、Yb、Er、Tm、La、Gd、Dy、Sm、Al、Ga、In)、四价金属阳离子(M4+，比如Ce、Zr、Th、Hf、Bi)和其组合。
可用于根据本公开的固体氧化物电解质物质的其他金属氧化物材料包括烧绿石(具有通式A2B2O7或A2-xA'xB2O6，其中A是三价金属阳离子，比如Gd、Sm、La、Nd、Eu、Tb、Bi、Y、Dy；A'是二价金属阳离子，比如Ca；并且B是四价金属阳离子比如Ti、Zr、Ru)、钙铁石(A2B2O5，其中A是二价阳离子，比如Al、Ca、Sr、Ba；和B是三价金属阳离子，比如Fe、In、Ga、Mn、Cr、Zr、Hf、Ce、Ti)等。
根据期望的电化学合成反应，将固体氧化物电解质物质选择为质子(H+)导电材料，或氧离子(O2-)导电材料。固体氧化物电解质物质的具体组成和其是用作质子导体还是用作氧离子导体，也取决于期望的电化学合成反应，因为可操纵金属离子(例如，A、A'、B或M)的组合，以使电解质对反应物和反应条件的化学反应性最小化以及优化期望的离子反应物种类的导电性。
在本发明的电化学电池中使用的第一和第二电极通常由固体氧化物电解质物质和电化学活性物质的混合离子/电子导电复合材料制造。而且，在运行电化学电池的高度还原或氧化环境中，第一和第二电极优选地是多孔的和化学稳定的。在一些实施方式中，第一和第二电极由相同的混合离子/电子导电复合材料制造；在其他实施方式中，第一电极由第一混合离子/电子导电复合材料制造，而第二电极由与第一混合离子/电子导电复合材料不同的第二混合离子/电子导电复合材料制造。
在现有技术电化学电池中，电解质和电极通常具有不同的热特性，从而在加热时，电解质和电极以不同的速率膨胀，导致电极中的一个或多个与电解质裂开和/或分裂。已经发现，当本发明的电化学电池的电极由并入电解质中使用的相同固体氧化物电解质物质的复合材料制造时，电极材料的热膨胀系数(CTE)可能与电解质材料的CTE足够相匹配，以便防止在加热现有技术的电化学电池时所观察到的裂开(cracking)和/或分裂(splitting)。用于电极的混合离子/电子导电复合材料通常具有按重量计至少约70％的固体氧化物电解质物质，并且优选地，其热膨胀系数在固体氧化物电解质物质的热膨胀系数的约±10％以内。
当本发明的电化学电池用于电化学合成反应时，电极为构成期望的电化学合成反应的氧化和还原半反应提供反应位点。因此，第一和第二电极并入电化学活性物质，比如金属或金属氧化物或半导体物质，其有助于催化期望的半反应并且也为电极提供电子传导性。使用的电化学活性物质将取决于期望的电化学合成反应，并且可包括但不限于Sc、Ti、Zn、Sr、Y、Zr、Au、Bi、Pb、Co、Pt、Ru、Pd、Ni、Cu、Ag、W、Os、Rh、Ir、Cr、Fe、Mo、V、Re、Mn、Nb、Ta，以及其氧化物、合金和混合物。
另外，电极优选地具有这样的孔隙率和微观结构，所述孔隙率和微观结构允许反应物气体通过电极迁移以与电化学活性金属物质接触，并且根据期望的电化学合成反应而离解和/或反应。通过并入在形成电极期间从混合的离子/电子导电复合材料烧掉的碳系成孔物质而提供电极的孔隙率和微观结构，如下面将进一步讨论的。碳系成孔物质可包括但不限于石墨粉末、淀粉、粉末状和/或颗粒状有机聚合物(例如，聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸树脂、聚氯乙烯等)。根据期望的电化学合成反应，可调整碳系成孔材料的含量和类型，以为电极产生最佳的多孔微观结构。
图2显示了流程图200，描绘用于制造根据本公开的管状固体氧化物电化学电池的工艺的一个实施方式。一般而言，通过挤出电极料团以管状形状形成第一电极，并且烧结挤出的第一电极，然后将电解质涂布在第一电极的至少一部分表面上。在烧结了电解质涂布的第一电极之后，将第二电极涂布在电解质的至少一部分表面上，并且加热完成的电化学电池，以烧结第二电极。下面更详细讨论该实施方式中涉及的步骤。
用于第一电极的成分在205组合，并且在210混合和研磨，通常使用溶剂以便调整成分的颗粒大小和颗粒大小分布。可使用本领域已知和使用的用于研磨的任何溶剂，比如水。用于第一电极的成分至少包含固体氧化物电解质物质、第一电化学活性物质和碳系成孔物质。下面讨论的一种或多种其他添加剂也可与这些成分组合、混合和研磨。在研磨至适当的颗粒大小和分布之后，将成分的混合物在220干燥。
在225将粘合剂和溶剂添加至成分的混合物，并且在230混合和老化所得组合物，以形成电极料团。粘合剂可以是任何已知的水性或非水性粘合剂，比如聚乙烯吡咯酮、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、丙烯酸(比如，聚甲基丙烯酸酯等)、聚丙烯酰胺、聚环氧乙烷、藻酸盐、纤维素(比如甲基纤维素、乙基纤维素等)、淀粉、树胶、苯乙烯或粘合剂系统，比如DuramaxTM粘合剂(可获得自The Dow Chemical Company)，以及其组合和混合物。溶剂可以是陶瓷制造中使用的任何溶剂，比如水、丙酮、乙醇、异丙醇、甲基乙基酮、α-萜品醇(α-terpineol)等，以及其组合和混合物。粘合剂的选择取决于其他电极成分和溶剂，因为粘合剂通常赋予电极料团和所得电极湿润和干燥强度并且必须与溶剂相容。
也可在225添加在陶瓷制造中已知和使用的一种或多种其他添加剂(如果之前未添加的话)，以赋予允许电极料团被顺利挤出的稠度和其他性质。这类添加剂可包括：分散剂，比如聚丙烯酸、醇或苯酚的磷酸酯(例如，以BeycostatTM商标可获得)等；聚合物或聚合体系，比如丙烯酰胺和交联剂(例如，双丙烯酰胺)、引发剂(例如，过硫酸铵)和催化剂(例如，四甲基乙二胺)；增塑剂，比如邻苯二甲酸二辛酯等；粘度改性剂；絮凝剂；和润滑剂。电极料团通常具有约30％至约70％体积的固体成分，剩余体积是溶剂。
老化之后，在240将电极料团通过模具挤出，以形成管状形状的第一电极。可使用任何已知的挤出方法。管状第一电极可被制造为任何长度和直径，但是通常长度是约5cm至约150cm，内部尺寸是约0.5cm至约5cm。挤出的管状第一电极一般具有圆形横截面，但是其他横截面形状(比如半圆形、椭圆形、正方形、矩形、三角形、梯形、星形等)也是可能的并且在本公开的范围内。对于一些实施，根据具体的合成反应和反应器构造，非圆形横截面可提供某些优势，比如电池包装、散热和/或通过或沿着或围绕电池的反应物流。
在250干燥和烧结挤出的管状第一电极。在干燥和烧结期间，通常将挤出的管状第一电极水平放置在防止第一电极弯曲的支架上。挤出的管状第一电极可在室温干燥长达48小时，然后被烧结，以使添加剂从挤出的管状电极烧掉。烧结可包括，例如，以约0.1℃/分钟至约10℃/分钟，但是更通常以约1℃/分钟至约2℃/分钟的速率，逐渐加热挤出的管状电极，达到约800℃至约1600℃的设定温度并且保持在该设定温度长达约12小时。在一些实施方式中，烧结可包括以逐步的方式逐渐加热至一个或多个中间设定温度，并且保持在每个中间设定温度，以便烧掉各种不同的添加剂。随着挤出的管状电极被烧结，尤其是烧掉了碳系成孔物质，电极中留下了孔，从而烧结的第一电极是固体多孔金属陶瓷(陶瓷-金属)复合材料。
在260，通过例如，喷涂、浸涂或以其他方式使电解质浆料(在255形成)作为薄层在烧结的第一电极的至少部分表面上成层而形成电解质。可在烧结的第一电极的部分内表面或外表面上形成电解质。可通过如下手段形成电解质浆料：将固体氧化物电解质物质与溶剂(比如之前讨论的)和任选地陶瓷制造中常用的一种或多种其他添加剂(比如之前讨论的粘合剂、分散剂、聚合物等)组合；混合和研磨；然后添加更多的溶剂以形成具有被涂布在第一电极上或在第一电极上成层的稠度的浆料。电解质浆料通常具有约10％至约30％体积的固体成分，剩余的体积是溶剂。然后，在270干燥和烧结电解质，以形成固体电解质层。
在280，通过例如，喷涂、浸涂或以其他方式使电极浆料(在275形成)在烧结的电解质的至少部分表面上成层而形成第二电极。可通过如下手段形成电极浆料：将固体氧化物电解质物质、第二电化学活性物质和碳系成孔物质与溶剂(比如之前讨论的)和任选地陶瓷制造中常用的一种或多种其他添加剂(比如之前讨论的粘合剂、分散剂、聚合物等)组合；混合和研磨；然后添加更多的溶剂以形成具有被涂布在电解质上或在电解质上成层的稠度的浆料。电极浆料通常具有约10％至约30％体积的固体成分，剩余的体积是溶剂。然后，如之前讨论的，将第二电极在290干燥和烧结，以形成固体多孔第二电极。
应理解，本文所述的操作可以以任何顺序进行，除非另外指出，并且本公开的实施方式可包括比本文公开的那些更多或更少的操作。
应进一步理解，冠词“一个(a)”、“一个(an)”、“该(the)”和“所述(said)”旨在表示可具有存在的要素或步骤中的一个或多个。术语“包含(compring)”、“包括(including)”和“具有(having)”旨在是囊括性的，其表示除了明确列举的那些之外还可存在另外的要素或步骤。
为了阐释本公开某些方面的目的，已经提供了前述说明，其不意图限制本公开。本领域技术人员应该理解，鉴于上述教导可进行许多添加、修饰、变型和改善，其仍落在本公开的范围内。

Claims (29)

1.一种管状固体氧化物电化学电池，其包含：
以管状形状配置的第一多孔电极，所述第一多孔电极包含固体氧化物电解质物质和第一电化学活性物质的第一混合离子/电子导电复合材料；
作为薄层设置在所述第一多孔电极的至少部分表面上的电解质，所述电解质包含固体氧化物电解质物质；和
设置在所述电解质的至少部分表面上的第二多孔电极，所述第二多孔电极包含所述固体氧化物电解质物质和第二电化学活性物质的第二混合离子/电子导电复合材料。
2.根据权利要求1所述的管状固体氧化物电化学电池，其中所述固体氧化物电解质物质包括质子导电材料。
3.根据权利要求1所述的管状固体氧化物电化学电池，其中所述固体氧化物电解质物质包括氧离子导电材料。
4.根据权利要求1所述的管状固体氧化物电化学电池，其中所述固体氧化物电解质物质包括选自由以下组成的组的材料：钙钛矿、氟石、烧绿石和钙铁石。
5.根据权利要求1所述的管状固体氧化物电化学电池，其中所述固体氧化物电解质物质包括具有通式ABO3的钙钛矿材料，其中A选自由以下组成的组：单价、二价和三价金属阳离子和其组合；并且B选自由以下组成的组：五价、四价和三价金属阳离子和其组合。
6.根据权利要求1所述的管状固体氧化物电化学电池，其中所述固体氧化物电解质物质包括具有通式MO2的氟石材料，其中M选自由以下组成的组：二价和三价金属阳离子和其组合。
7.根据权利要求1所述的管状固体氧化物电化学电池，其中所述第一多孔电极包含按重量计至少约70％的所述固体氧化物电解质物质。
8.根据权利要求1所述的管状固体氧化物电化学电池，其中所述第一电化学活性物质选自由以下组成的组：Sc、Ti、Zn、Sr、Y、Zr、Au、Bi、Pb、Co、Pt、Ru、Pd、Ni、Cu、Ag、W、Os、Rh、Ir、Cr、Fe、Mo、V、Re、Mn、Nb、Ta、以及其氧化物、合金和混合物。
9.根据权利要求1所述的管状固体氧化物电化学电池，其中所述第二多孔电极包含按重量计至少约70％的所述固体氧化物电解质物质。
10.根据权利要求1所述的管状固体氧化物电化学电池，其中所述第二电化学活性物质选自由以下组成的组：Sc、Ti、Zn、Sr、Y、Zr、Au、Bi、Pb、Co、Pt、Ru、Pd、Ni、Cu、Ag、W、Os、Rh、Ir、Cr、Fe、Mo、V、Re、Mn、Nb、Ta、以及其氧化物、合金和混合物。
11.根据权利要求1所述的管状固体氧化物电化学电池，其中所述第一混合离子/电子导电复合材料和所述第二混合离子/电子导电复合材料是相同的。
12.根据权利要求1所述的管状固体氧化物电化学电池，其中所述第一多孔电极的平均厚度的范围是约5mm至约50mm。
13.根据权利要求1所述的管状固体氧化物电化学电池，其中所述电解质的薄层的平均厚度的范围是约5微米至约100微米。
14.根据权利要求1所述的管状固体氧化物电化学电池，其中所述第二多孔电极的平均厚度的范围是约5微米至约100微米。
15.根据权利要求1所述的管状固体氧化物电化学电池，其中所述管状形状具有选自由以下组成的组的截面形状：圆形、半圆形、椭圆形、正方形、矩形、梯形、三角形和星形。
16.根据权利要求1所述的管状固体氧化物电化学电池，其中所述第一混合离子/电子导电复合材料和所述第二混合离子/电子导电复合材料各自的热膨胀系数在所述固体氧化物电解质物质的热膨胀系数的约10％之内。
17.一种通过包括下述步骤的方法制备的管状固体氧化物电化学电池：
以管状形状挤出电极料团，以形成第一电极，所述电极料团包含固体氧化物电解质物质、第一电化学活性物质、碳系成孔物质、粘合剂和溶剂；
烧结所述挤出的第一电极，以使得所述碳系成孔物质烧掉并且在所述第一电极中形成孔；
在所述烧结的第一电极的至少部分表面上形成电解质，所述电解质包括所述固体氧化物电解质物质的薄层；和
在所述电解质的至少部分表面上形成第二电极，所述第二电极包含所述固体氧化物电解质物质和第二电化学活性物质。
18.根据权利要求17所述的管状固体氧化物电化学电池，其中所述第一电化学活性物质和所述第二电化学活性物质是相同的。
19.根据权利要求17所述的管状固体氧化物电化学电池，其中形成所述电解质包括：
将电解质浆料涂布在所述烧结的第一电极的至少部分表面上，所述电极浆料包含固体氧化物电解质物质和第二溶剂；和
干燥和烧结所述涂布的电解质。
20.根据权利要求17所述的管状固体氧化物电化学电池，其中形成所述第二电极包括：
将电极浆料涂布在所述电解质的至少部分表面上，所述电解质浆料包含固体氧化物电解质物质、第二电化学活性金属物质、第二碳系成孔物质和第三溶剂；和
干燥和烧结所述涂布的第二电极，以使得所述第二碳系成孔物质烧掉并且在所述第二电极中形成孔。
21.一种用于制造管状固体氧化物电化学电池的方法，所述方法包括：
形成电极料团，所述电极料团包含固体氧化物电解质物质、第一电化学活性物质、第一碳系成孔物质、第一粘合剂和第一溶剂；
以管状形状挤出所述电极料团，以形成第一电极；
烧结所述挤出的第一电极；
形成电解质浆料，所述电解质浆料包含固体氧化物电解质物质和第二溶剂；
将所述电解质浆料涂布在所述烧结的第一电极的至少部分表面上；
烧结电解质涂层；
形成电极浆料，所述电极浆料包含固体氧化物电解质物质、第二电化学活性物质、第二碳系成孔物质和第三溶剂；
将所述电极浆料涂布在所述烧结的电解质的至少部分表面上；和
烧结电极涂层。
22.根据权利要求21所述的方法，其中形成所述电极料团包括：
混合和研磨所述固体氧化物电解质物质、所述第一电化学活性物质和所述第一碳系成孔物质，以形成研磨的成分的混合物；
干燥所述研磨的成分的混合物；和
将所述第一粘合剂和所述第一溶剂添加至所述干燥的研磨的成分的混合物中。
23.根据权利要求21所述的方法，其中所述电极料团进一步包含选自由以下组成的组的至少一种组分：分散剂、聚合物、交联剂、引发剂、催化剂、增塑剂、粘度改性剂、絮凝剂和润滑剂。
24.根据权利要求21所述的方法，其中所述电极料团包含按体积计约30％至约70％的固体成分。
25.根据权利要求21所述的方法，其中烧结所述挤出的第一电极包括：逐渐加热至约800℃至约1600℃之间的设定温度；和
保持在所述设定温度长达约12小时。
26.根据权利要求21所述的方法，其中所述电解质浆料进一步包含选自由以下组成的组的至少一种组分：第二粘合剂、分散剂、聚合物、交联剂、引发剂、催化剂和增塑剂。
27.根据权利要求21所述的方法，其中所述电解质浆料包含按体积计约10％至约30％的固体成分。
28.根据权利要求21所述的方法，其中所述电极浆料进一步包含选自由以下组成的组的至少一种组分：分散剂、聚合物、交联剂、引发剂、催化剂和增塑剂。
29.根据权利要求21所述的方法，其中所述电极浆料包含按体积计约10％至约30％的固体成分。
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