CN1309108C - 燃料电池 - Google Patents

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Abstract

一种固体氧化物燃料电池，包括：包括多孔区域和包围多孔区域的非多孔区域的铁素体不锈钢基板(3)；位于基板的多孔区域的一个表面以下、密封地连接到围绕基板的多孔区域的其非多孔区域的铁素体不锈钢双极板(19)；位于基板的多孔区域的另一表面上的第一电极层；位于第一电极层上的电解质层；以及位于电解质层上的第二电极层。基板可包括电化学导电氧化物的活性涂层，尤其是钙钛矿氧化物混合导体。

Description

燃料电池
本发明涉及燃料电池，尤其涉及中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFCs)，此燃料电池典型地用在电池堆中以产生从1至100kW的输出功率并发现用作如在偏远地区的区域性发电器，例如用于居民的联合热电(CHP)装置，在车辆中，既可以作为主要功率装置(PPU)，辅助功率装置(APU)，也可以用于驱动其它设备，例如空气调节设备。
对于那些不同于和与气体涡轮机一体的固体氧化物燃料电池，在不影响电极动力学和电解质电阻的条件下，燃料电池应当在尽可能低的温度下工作。
利用已知的陶瓷电解质制造中的制造流程，下述条件是通常被接受的：能够可靠制造的最小膜厚度为约10μm。这种最小电解质厚度确定最小操作温度，对于对氧化钪稳定的氧化锆(SSZ)电解质来说典型约为650摄氏度，对于对氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)电解质来说约为700摄氏度，对于掺杂的二氧化铈电解质例如氧化钆掺杂的二氧化铈(CGO)来说约为500摄氏度。此外，采用这种薄电解质膜需要基板以便提供具有所需强度的燃料电池。
对于以氧化锆为基础的电解质来说，例如YSZ，通常采用典型具有在从250至500μm的范围内的厚度的多孔NiO-YSZ阳极基板。已经采用许多技术以便将电解质膜淀积在基板上。这些技术包括丝网印刷、流延成型、真空粉浆浇铸、电泳淀积、轧光、喷雾热解、溅射和等离子喷涂。在这种燃料电池中，电解质膜和基板通常在高温下典型约1400摄氏度共烧结，以确保电解质膜致密并且不能渗透气态分子。
同时，已经成功地制造出NiO-YSZ/YSZ结构，NiO-YSZ基板的采用出现了许多问题。这些问题包括较差的热膨胀相容性。和对于YSZ为10.6×10-6K-1的热膨胀系数相比，NiO-YSZ的热膨胀系数在12-13×10-6K-1的范围内。现在正在研制具有改善的热膨胀匹配的NiO-Al2O3和NiO-TiO2基板，但是这些基板仍需要在基板和电解膜之间的NiO-YSZ的薄活性界面层，以促进燃料的电化学氧化。与NiO-YSZ基板的采用有关的另一问题在于，当与气体燃料接触时，与NiO组分向Ni的还原有关的体积改变。这种体积改变削弱了基板，需要使最初引入的燃料非常缓慢地进入电池堆中以适应体积改变。此外，随着NiO-YSZ基板的采用，必须确保阳极腔室保持充分地还原性，从而确保Ni特别是在任何冷却循环期间不会氧化回NiO。
部分由于上述陶瓷NiO-YSZ基板的上述缺点，有人提出采用多孔金属基板，例如在GB-A-1049428中公开的那样。金属基板的主要优点在于优异的机械性能和改善的导电导热性。但是，金属基板的采用所限制的最高制造温度约为1000摄氏度，此温度低于将支撑的氧化锆基电解质烧结成致密的不可透过膜所需的温度。并且还需要密封多孔基板的外围以防止气态氧化剂和燃料混合。目前，为此采用脆性玻璃、玻璃陶瓷或复合金属/陶瓷密封件，在工作过程中所经受的热循环期间这种密封件经常破裂。
因此，为了克服利用金属基板对制造温度的限制，GB-A-1049428公开了采用等离子喷涂制备以氧化锆为基础的电解质的致密膜。同时等离子喷涂可用于淀积电解质膜，这种淀积技术相对昂贵，特别是浪费昂贵的陶瓷粉末。另一种物理气相淀积(PVD)技术也用于淀积薄电解质膜，但是这些技术也很昂贵，并且不利于常规的陶瓷加工工序。化学汽相淀积(CVD)技术也已经用于淀积薄电解质膜，但这些技术更昂贵并且同样不利于常规的陶瓷加工工序。
有人提出替代性的燃料电池设计，例如在US-A-5368667、US-A-5549983和US-A-5589017中公开的环形燃料电池设计。在此环形设计中，通过在燃料电池堆中心的管道引入气态氧化剂和燃料，将气态氧化剂和燃料的分布和流量设置成例如确保在达到燃料电池堆的外围之前燃料基本上完全转化。利用这种设计，当过剩的氧化剂和燃料在电池堆的外围燃烧时，在中心管道仅需要脆性玻璃或玻璃陶瓷密封件。虽然这种燃料电池设计象征着改进，但是在中心管道所需要的脆性玻璃、玻璃-陶瓷或复合金属/陶瓷密封件在工作过程中经受快速热循环期间仍易于破裂。此外，由于制造的限制，这种循环设计SOFC的最大直径典型限于约15厘米。因此，限制了在单个电池堆中可产生的电功率。
因此，本发明的一个目的是提供一种固体氧化物燃料电池及其制造方法，该方法采用金属基板，能够通过烧结制造陶瓷电解质膜，并避免采用易碎密封件。
据此，本发明提供一种固体氧化物燃料电池，包括：包括多孔区域和包围多孔区域的非多孔区域的铁素体不锈钢基板；位于基板的多孔区域的一个表面以下、密封地连接到围绕基板多孔区域的其非多孔区域的铁素体不锈钢双极板；位于基板的多孔区域的另一表面上的第一电极层；位于第一电极层上的电解质层；以及位于电解质层上的第二电极层。
优选地，铁素体不锈钢是不含铝的铁素体不锈钢。
优选地，铁素体不锈钢是钛/铌稳定的铁素体不锈钢。
更优选地，铁素体不锈钢含有约17.5-18.5wt％Cr(欧洲标号1.4509)。
优选地，基板厚度约为50-250μm。
更优选地，基板厚度约为50-150μm。
最优选地，基板厚度约为100μm。
优选地，基板的多孔区域包括流动地连通基板的所述一个和另一表面的多个通孔。
更优选地，这些孔均匀地间隔。
优选地，这些孔具有从约5-250μm的横向尺寸。
更优选地，这些孔具有从约20-50μm的横向尺寸。
仍更优选地，这些孔具有从约30μm的横向尺寸。
优选地，这些孔占有基板的多孔区域的约30-65面积％。
更优选地，这些孔占有基板的多孔区域的约50-55面积％。
优选地，基板包括导电氧化物活性涂层。
在一个实施例中，活性涂层是钙钛矿氧化物混合导体。
优选地，钙钛矿氧化物混合导体包括La1-xSrxCoyFe1-yO3-δ，此处0.5≥x≥0.2，0.3≥y≥0。
更优选地，钙钛矿氧化物混合导体包括La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ、La0.5Sr0.5CoO3-δ、Gd0.5CoO3-δ和Sm0.5Sr0.5CoO3-δ中的一种。
在另一实施例中，活性涂层包括掺杂LaMnO3。
在一个实施例中，基板包括第一电极层至少部分地位于其中的凹槽。
优选地，基板包括箔。
优选地，基板是光-化学加工的和/或激光加工的基板。
在另一实施例中，基板由连接到非多孔区域的多孔烧结金属粉末区域构成。这种烧结金属粉末基板的厚度典型在250至1000μm的范围内。
优选地，第一和第二电极层之一或两者都具有从约10至25μm的厚度。
更优选地，第一和第二电极层之一或两者都具有从约10至15μm的厚度。
优选地，第一和第二电极层之一或两者都是烧结材料。
在优选实施例中，第一和第二电极层之一包括钙钛矿氧化物混合导体和掺杂有稀土的二氧化铈的烧结粉末状混合物。
优选地，粉末状混合物包括约60vol％的钙钛矿氧化物混合导体和约40vol％的掺杂有稀土的二氧化铈。
优选地，钙钛矿氧化物混合导体包括La1-xSrxCoyFe1-yO3-δ，此处0.5≥x≥0.2，1≥y≥0.2。
更优选地，钙钛矿氧化物混合导体包括La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ、La0.5Sr0.5CoO3-δ、Gd0.5CoO3-δ和Sm0.5Sr0.5CoO3-δ中的一种。
优选地，掺杂有稀土的二氧化铈包括Ce1-xRExO2-x/2，此处RE是稀土，0.3≥x≥0.05。
更优选地，掺杂有稀土的二氧化铈包括Ce0.9Gd0.1O1.95。
在一个实施例中，第一和第二电极层之一是设置为阴极层的第一电极层。
在优选实施例中，第一和第二电极层的另一个包括NiO和掺杂有稀土的二氧化铈的烧结粉末状混合物。
优选地，粉末状混合物包括约50vol％的NiO和约50vol％的掺杂有稀土的二氧化铈或未掺杂的二氧化铈。
优选地，掺杂有稀土的二氧化铈包括Ce1-xRExO2-x/2，此处RE是稀土，0.3≥x≥0.05。
更优选地，掺杂有稀土的二氧化铈包括Ce0.9Gd0.1O1.95。
在一个特别优选的实施例中，第一和第二电极层的所述另一个是设置为阳极层的第二电极层。
优选地，电解质层具有约5-30μm的厚度。
在一个实施例中，电解质层包括稀土掺杂的二氧化铈和氧化钴的烧结粉末状混合物。
优选地，烧结粉末状混合物包括约98摩尔％的掺杂有稀土的二氧化铈和约2摩尔％的氧化钴。
优选地，掺杂有稀土的二氧化铈包括Ce1-xRExO2-x/2，此处RE是稀土，0.3≥x≥0.05。
更优选地，掺杂有稀土的二氧化铈包括Ce0.9Gd0.1O1.95。
在另一个实施例中，电解质层包括掺杂二氧化铈的烧结层。
本发明还提供一种包括多个上述燃料电池的燃料电池堆。
在优选实施例中提高了燃料电池的功率输出和可比例调节性，其中各包括第一电极层、电解质层和第二电极层的元件的阵列设置在所述基板之上。
在优选实施例中，本发明采用包括由光-化学加工制成的多孔区的金属箔基板和允许在500摄氏度或以下工作的电池组分，从而避免了采用脆性的密封件。这种相对低的工作温度允许采用可商用的合适衬垫来密封结合在双极板中的内部管路结构。
以下参考附图仅以举例地方式描述本发明的优选实施例，其中：
图1描述根据本发明优选实施例的燃料电池的横截面图；
图2以放大比例描述图1的部分燃料电池的横截面；
图3描述具有位于其上的外围密封件的图1的燃料电池的平面图；
图4描述了对于在500摄氏度工作的单个电池的设计I-V性能曲线；以及
图5描述了具有均支撑电池阵列的各基板的电池堆(stack)。
燃料电池1包括铁素体不锈钢基板3，在此实施例中箔具有100μm的厚度。在另一实施例中基板由连接到非多孔区域的多孔烧结金属粉末区域构成。这种烧结金属粉末基板的厚度典型在250-1000μm的范围内。在此实施例中，箔基板3包括活性涂层，此活性涂层提供防止工作环境损害的保护，并且例如提供了足够的导电性从而提供良好的电流路径并允许良好的界面接触。优选涂层包括掺杂的LaMnO3(LMO)、La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCF)、La0.5Sr0.5CoO3-δ、Gd0.5CoO3-δ和Sm0.5Sr0.5CoO3-δ。一种合适的铁素体不锈钢是含有17.5-18.5wt％的Cr的钛/铌稳定不锈钢(欧洲标号1.4509)。箔基板3包括：在它的一个表面3a中的凹部5，在此实施例中呈方形；多孔区域7，此区域7邻接凹部5并包括流动地互连凹部5和箔基板3的另一表面3b的多个孔9；以及包围多孔区域7的非多孔区域8。在此实施例中，在箔基板3中的凹部5和孔9通过光-化学加工(PCM)和/或激光加工形成，该加工技术允许对多孔区域7的形状和面积、孔的形状尺寸和孔隙率所占比例的有效控制，这是由于这些参数可以在最初的光刻图形中详细规定。光-化学加工和/或激光加工还为随后的淀积工艺提供了非常平的表面。此外，光-化学加工和/或激光加工还非常适合于批量生产。
燃料电池1还包括多孔电极层11，在此实施例中是具有10-15μm的厚度的阴极层，此多孔电极层11通过任何常规的陶瓷加工技术淀积在箔基板3的凹部5中，尤其通过丝网印刷或流延成型(tape casting)。在此实施例中，阴极层11由包含60vol％的LSCF粉末和40vol％的Ce0.9Gd0.1O1.95(CGO)粉末的混合物的阴极组分制成，当烧结时，上述组分提供具有三维贯通的渗流网络的多孔复合结构(参见V.Dusastre和J.A.Kilner，Solid State Ionics，126，1999，163)。此阴极组分的粉末平均粒径在0.1-10μm的范围内，优选在0.1-1μm的范围内。其它电极材料包括La0.5Sr0.5CoO3-δ、Gd0.5CoO3-δ和Sm0.5Sr0.5CoO3-δ。
燃料电池1还包括电解质膜13，在此实施例中具有10-20μm的厚度，此电解质膜同样利用常规的陶瓷加工技术淀积在阴极层11上以便在其外围延伸。在一个实施例中，电解质膜13由含有98摩尔％的CGO和2摩尔％的氧化钴的组分制得。然后，在中性气氛中以大约950摄氏度的烧结温度对已淀积的阴极层11和电解质膜13的材料进行烧结，从而防止箔基板3的过度氧化。正如在EP-A-1000913中公开的那样，已经发现这种烧结温度对于将CGO/氧化钴组分烧结成致密的可渗透电解质膜13是足够的。通过采用CGO作为用于电解质膜13的材料，利用具有12.5×10-6K-1的热膨胀系数的CGO和铁素体不锈钢，电解质膜13和箔基板3的热膨胀系数得以很好地匹配，使燃料电池能经受迅速温度循环，这对可能会遇到这种工作条件的小燃料电池堆非常有利，例如结合在车辆的APU中的。如果淀积的电解质密度足够高(＞约60％理论密度)，那么还可以在没有氧化钴添加的条件下采用合适的CGO电解质粉末。并且显然，燃料电池1可以在500摄氏度或更低的温度工作。
燃料电池1还包括另一多孔电极层17，在此实施例中是具有10-25μm的厚度的阳极层，此多孔电极层17再一次利用常规的陶瓷加工技术淀积在电解质膜13之上。在此实施例中，阳极层17由包含50vol％的NiO和50vol％的CGO的组分制得。然后，在大约900摄氏度的温度下对淀积好的阳极层17的材料进行烧结，从而提供具有三维贯穿的渗流网络的多孔复合结构。用于电极的其它材料，例如上述钙钛矿也是可以的。
燃料电池1还包括铁素体不锈钢双极板19，它具有与箔基板3相同的组分，此双极板19连接到基板3的另一表面3b的非多孔外围区域8。在将箔基板3的外围连接到双极板19时，提供密封件，此密封件用于防止氧化剂直接与燃料相接触。在此实施例中，双极板19是用于具有内部管路的简单横流结构。在优选实施例中，双极板19由厚板加工而成或由金属板压制而成。由薄一些的金属板压制的优点在于减少重量和热质(thermal mass)。在优选实施例中，箔基板3的外围区域8焊接(例如激光)或钎焊到双极板19的一个表面，在此实施例中是上表面19a，从而提供优异的电接触。在电池堆中，邻近的双极板19的另一下表面19b压向多孔阳极层17以建立电接触。在一个优选实施例中，在各阳极层17和邻近的双极板19的下表面19b之间设置优选为Ni的薄界面金属层，例如箔、网板或毡，从而确保良好的电接触和有效的电流分布。在此实施例中，燃料电池堆的双极板19由在其外围延伸的弹簧加压棒(spring-loaded rods)接合在一起。通过设置弹簧加压棒，可将燃料电池堆的双极板19保持在预定压力下。在此实施例中，燃料电池堆包括设置在各双极板19之间和其外围的高温衬垫21，用以防止在内部气体管路中提供的空气和燃料的直接混合。
可以理解，在500摄氏度下工作可以采用商用的合适衬垫材料，因而和需要脆性玻璃和玻璃陶瓷密封件的在高温下工作的燃料电池堆相比，这样可以大幅度地简化燃料电池堆的设计、组装和操作。一种这样的衬垫材料是UnilonTM，可得自James Walker，Woking，Surrey。在500摄氏度工作的另一个优点在于，观察发现尤其是不锈钢的腐蚀等损坏明显减少了，使得燃料电池堆可以工作非常长的时间，典型超过40000小时。因为金属箔基板可以通过钎焊或焊接很容易地连接到金属双极板，所以利用常规的低成本金属连接技术将单个电池的阵列(例如4×4)制成在更大的单个双极板上就变得相对直接容易。这为增加在单个堆中产生的功率按比例放大提供了捷径，另一个主要优点与SOFC电池用金属基板的采用有关。在电极结构的优化之后，计划将金属支撑的单电池的性能与近来报道的阳极支撑单电池(C.Xia等人，Electrochemical and Solid-State Letters，4，A52，2001)的性能相匹配。
图4还描述了在500摄氏度下对于单电池工作的设计I-V性能曲线。很明显，在此温度下可获得高达0.4Wcm-2的比功率密度。然而SOFC能够在一定温度范围(例如400-600摄氏度)内工作，产生0.1-0.5Wcm-2的功率密度。此性能取决于所用的燃料、燃料利用以及对于特殊应用的工作设计特点。
图5示意性地说明了燃料电池堆20，其中各基板层22载有由在多孔金属箔区域上的第一电极、电解质和第二电极形成的电池24的阵列。具有多个多孔区域的一个金属箔可以固定到基板22例如，通过在边缘处焊接在中心区域进行点焊。
这种阵列设置使得陶瓷电池在面积上更小，这样减少了由于收缩和破裂引起的问题，同时增加了可由在堆中的各层产生的总功率。这种设置方式有助于设计的比例缩放，从而获得更高的功率输出。
最后应理解，在本发明的优选实施例中对本发明进行了描述，在不脱离由附加权利要求限定的本发明的范围的条件下本发明可以以许多不同方式进行修改。
在一种修改中，电极层11和17由双组分或梯度组分形成以提高电极性能。
在另一种修改中，阴极和阳极层11和17可颠倒，这样阳极层17位于箔基板3上，阴极层11位于电解质层13上。这在某些情况下更方便制造并作为优选。当阳极组分暴露于由气态燃料施加的还原环境下时，该阳极组分配制成化学稳定的。在金属箔基板上的致密电解质膜的制造过程中，在烧结炉中通常采用中性气氛，因此阳极组分通常比阴极组分更适合于这种环境。选择的阴极组分在升高的温度下暴露于中性烧结气氛时可不可逆地退化。
在另一种修改中，燃料电池1可以是除了方形之外的其它形状，例如圆形。
并且，在再一种修改中，本发明应用于包括中心管路的圆形燃料电池设计。
仍旧在另一种修改中，燃料电池1通过共烧结电极层11，17的材料和电解质层13而制得。

Claims (45)

1.一种固体氧化物燃料电池，包括：
包括多孔区域和包围多孔区域的非多孔区域的铁素体不锈钢基板；
位于基板的多孔区域的一个表面以下、且密封地连接到围绕基板的多孔区域的其非多孔区域的铁素体不锈钢双极板；
位于基板的多孔区域的另一表面上的第一电极层；
位于第一电极层上的电解质层；以及
位于电解质层上的第二电极层。
2.根据权利要求1的燃料电池，其中铁素体不锈钢是不含铝的铁素体不锈钢。
3.根据权利要求1或2的燃料电池，其中铁素体不锈钢是钛/铌稳定的铁素体不锈钢。
4.根据权利要求3的燃料电池，其中铁素体不锈钢含有17.5-18.5wt％由欧洲标号1.4509所定义的Cr。
5.根据权利要求1的燃料电池，其中基板厚度为50-250μm。
6.根据权利要求5的燃料电池，其中基板厚度为50-150μm。
7.根据权利要求6的燃料电池，其中基板厚度为100μm。
8.根据权利要求1的燃料电池，其中基板的多孔区域包括流动地连通基板的上述一个和另一表面的多个通孔。
9.根据权利要求8的燃料电池，其中所述孔均匀地间隔。
10.根据权利要求8或9的燃料电池，其中所述孔具有5-250μm的横向尺寸。
11.根据权利要求10的燃料电池，其中所述孔具有20-50μm的横向尺寸。
12.根据权利要求11的燃料电池，其中所述孔具有30μm的横向尺寸。
13.根据权利要求8的燃料电池，其中所述孔占基板的多孔区域的30-65积％。
14.根据权利要求13的燃料电池，其中所述孔占基板的多孔区域的50-55面积％。
15.根据权利要求1的燃料电池，其中基板包括导电氧化物活性涂层。
16.根据权利要求15的燃料电池，其中活性涂层是钙钛矿氧化物混合导体。
17.根据权利要求16的燃料电池，其中钙钛矿氧化物混合导体包括La1-xSrxCoyFe1-yO3-δ，此处0.5≥x≥0.2，0.3≥y≥0。
18.根据权利要求17的燃料电池，其中钙钛矿氧化物混合导体包括La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ、La0.5Sr0.5CoO3-δ、Gd0.5CoO3-δ和Sm0.5Sr0.5CoO3-δ中的一种。
19.根据权利要求15的燃料电池，其中活性涂层包括掺杂的LaMnO3。
20.根据权利要求1的燃料电池，其中基板包括凹槽，第一电极层至少部分地位于此凹槽中。
21.根据权利要求1的燃料电池，其中基板包括箔。
22.根据权利要求1的燃料电池，其中基板是光-化学加工的和/或激光加工的基板。
23.根据权利要求1的燃料电池，其中第一和第二电极层之一或两者都具有10至25μm的厚度。
24.根据权利要求23的燃料电池，其中第一和第二电极层之一或两者都具有10至15μm的厚度。
25.根据权利要求1的燃料电池，其中第一和第二电极层之一或两者都是烧结材料。
26.根据权利要求25的燃料电池，其中第一和第二电极层之一包括钙钛矿氧化物混合导体和掺杂有稀土的二氧化铈的烧结粉末状混合物。
27.根据权利要求26的燃料电池，其中粉末状混合物包括60vol％的钙钛矿氧化物混合导体和40vol％的掺杂有稀土的二氧化铈。
28.根据权利要求27的燃料电池，其中钙钛矿氧化物混合导体包括La1-xSrxCoyFe1-yO3-δ，此处0.5≥x≥0.2，1≥y≥0.2。
29.根据权利要求28的燃料电池，其中钙钛矿氧化物混合导体包括La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ、La0.5Sr0.5CoO3-δ、Gd0.5Sr0.5CoO3-δ和Sm0.5Sr0.5CoO3-δ。
30.根据权利要求26的燃料电池，其中掺杂有稀土的二氧化铈包括Ce1-xRExO2-x/2，此处RE是稀土，0.3≥x≥0.05。
31.根据权利要求30的燃料电池，其中掺杂有稀土的二氧化铈包括Ce0.9Gd0.1O1.95。
32.根据权利要求26的燃料电池，其中第一和第二电极层之一是设置为阴极层的第一电极层。
33.根据权利要求26的燃料电池，其中第一和第二电极层的另一个包括NiO和掺杂有稀土的二氧化铈或未掺杂的二氧化铈的烧结粉末状混合物。
34.根据权利要求33的燃料电池，其中粉末状混合物包括50vol％的NiO和50vol％的掺杂有稀土的二氧化铈或未掺杂的二氧化铈。
35.根据权利要求33或34的燃料电池，其中掺杂有稀土的二氧化铈包括Ce1-xRExO2-x/2，此处RE是稀土，0.3≥x≥0.05。
36.根据权利要求33的燃料电池，其中第一和第二电极层的另一个是设置为阳极层的第二电极层。
37.根据权利要求36的燃料电池，其中掺杂有稀土的二氧化铈包括Ce0.9Gd0.1O1.95。
38.根据权利要求1的燃料电池，其中电解质层具有5-30μm的厚度。
39.根据权利要求1的燃料电池，其中电解质层包括掺杂有稀土的二氧化铈和氧化钴的烧结粉末状混合物。
40.根据权利要求39的燃料电池，其中烧结粉末状混合物包括98摩尔％的掺杂有稀土的二氧化铈和2摩尔％的氧化钴。
41.根据权利要求39或40的燃料电池，其中掺杂有稀土的二氧化铈包括Ce1-xRExO2-x/2，此处RE是稀土，0.3≥x≥0.05。
42.根据权利要求41的燃料电池，其中掺杂有稀土的二氧化铈包括Ce0.9Gd0.1O1.95。
43.根据权利要求1的燃料电池，其中电解质层包括掺杂的二氧化铈的烧结层。
44.根据权利要求1的燃料电池，其中在所述基板之上设置各包括第一电极层、电解质层和第二电极层的元件的阵列。
45.一种燃料电池堆，包括多个权利要求1至43任意一项中的燃料电池。
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