TW201417383A - 一種多孔氧化物電極層及其製作法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種多孔氧化物電極層之製作方法，包含：製備電極極漿料，其包含導電氧化物材料粉末、分散劑、水與潤濕劑；旋鍍該電極漿料於緻密電解質表面或多孔基材上，同時控制該緻密電解質或該多孔基材上該電極漿料之厚度與均勻度；以及煆燒該緻密電解質或該多孔基材上之電極漿料以形成一多孔電極材料。

Description

一種多孔氧化物電極層及其製作法
本發明係關於多孔氧化物電極層；特別是一種用於固態氧化物燃料電池之多孔氧化物電極層。
固態氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)是一種藉由電化學機制發電之裝置，具有高能量轉換效率與低汙染的特性，因此近年來，其重要性逐漸提升。其原理是將氧氣或空氣通入固態氧化物燃料電池之陰極，將天然氣、氫氣或其他可燃性氣體通入固態氧化物燃料電池之陽極，藉由電池陰極之還原反應與電池陽極之氧化反應，產生電能以及可燃性氣體燃燒後之產物。固態氧化物燃料電池之陰極與陽極結構類似，均為多孔導電薄膜，由於其分別為燃料電池中還原反應與氧化反應發生之位置，而在電極材料上有著不同的選擇。以固態氧化物燃料電池的陰極為例，該陰極在富氧之高溫環境下操作，所以必需使用不易氧化之貴金屬或是電子導電性高之氧化物材料製成多孔薄層，需要具有下列五項性質：1.多孔，孔隙率在20%以上；2.高電導特性，亦即低的面比電阻(Area Specific Resistance,ASR)，或低的極化電阻(Rpol)；3.化學及尺寸穩定性佳；4.熱膨脹係數要配合其他電池組件； 5.高的氧還原(O2+4e-→2O2-)催化性。
過去陰極常使用的導電氧化物材料為(La,Sr)MnO3，簡稱LSM (C.C.T.Yang,W.J.Wei,and A.Roosen,“Reaction kinetics and mechanism between La0.65Sr0.3MnO3 and 8 mol% yttria-stabilized zirconia,”J.Am.Ceram.Soc 87[6] 1110-16 (2004)；D.Ding,M.Gong,C.Xu,N.Baxter,Y.Li,J.Zondlo,K.Gerdes,X.Liu,“Electrochemical characteristics of samaria-doped ceria infiltrated strontium-doped LaMnO3 cathodes with varied thickness for yttria-stabilized zirconia electrolytes,”J.Power Sources 1962551-2557 (2011))，主要原因在於此材料合成的成熟度與商業化產品考量。其後出現同時具有混成導體(mixed ionic/electronic conductor,MIEC)的陰極材料包含(La,Sr)(Co,Fe)O3，簡稱LSCF (J.M.Bae and B.C.H.Steel,Properties of LaSrCoFeO3- (LSCF) double layer cathodes on gadolinium-doped cerium oxide (CGD) electrolytes,I.Role of SiO2,”Solid State Ionics,106,(1998) 247-253,and II.Role of oxygen exchange and diffusion,”Solid State Ionics,106 (1998) 255-261；C.Y.Fu,C.L.Chang,C.S.Hsu,and B.W.Hwang,“Electrostatic spray deposition of LaSrCoFeO3,”Mat.Chem.Phy.,91 (2005) 28-35)及德國Julich研究單位發表的(Ba,Sr)(Co,Fe)Ox氧化物，簡稱BSCF，實驗數據證實上述兩個陰極材料都有相當正面的結果。一般固態燃料電池若有較佳之電能輸出，其陰極與電解質介面在700-800℃之面比電阻(ASR)則多數落於0.1-0.3 Ωcm2左右，陰極之厚度則多在8-50 μm。
固態燃料電池之陰極結構特徵與陽極類似，須具有產生電化學反應之三相點(triple phase boundary,TPB，單位為m/m3)，此TPB密度愈高，得到的最佳電能密度(maximal power density,MPD W/cm2)越高。因LSM僅具有電子導電之缺點，近期研究則是將其製成複合陰極(composite cathode)材料型式，例如在多孔的LSM陰極結構中混入20SDC(D.Ding,M.Gong,C.Xu,N.Baxter,Y.Li,J.Zondlo,K.Gerdes,X.Liu,“Electrochemical characteristics of samaria-doped ceria infiltrated strontium-doped LaMnO3 cathodes with varied thickness for yttria-stabilized zirconia electrolytes,”J.Power Sources 196 2551-2557 (2011)；J.P.Wiff,K.Jono,M.Suzuki,and S.Suda,“Improved high temperature performance of La0.8Sr0.2MnO3 cathode by addition of CeO2,”J.Power Sources 196 (2011) 6196-6200)，或是混入YSZ顆粒，以大幅增加其TPB的密度，於800℃時，電極與電解質介面之ASR可以低到只有0.05 Ωcm2，所反應之電力輸出甚至可以得到超過1000 mW/cm2。而在Ding等人之研究中同時也指出摻入的20SDC之最佳量大約為50 wt%，相對於純LSM陰極而言，電性達到為最佳，而此種複合型電極的厚度則為30 μm最適合(分別比較10,30,50 μm之陰極厚度)，可得到最高之電力輸出；若是太薄，則TPB之量不足以應付大量電流輸出；若是太厚，氣體擴散不及供給反應，也會有較高之歐姆阻抗，此與E.Ivers-Tiffee的模擬結果，10 μm厚度的陰極為最佳，有些出入。
目前製備固態氧化物燃料電池電極(包含陽極、陰極)已發展出諸多製備方法，一般已知的製程包含網印(screen printing)，噴霧鍍膜(spray coating)，靜電噴霧沉積(electrostatic spray deposition)，噴塗(spray printing)，塗抹(painting)等，上述幾種製程技術都具有成本低廉，製備容易的優勢，適用於電子產業元件之製程。另外為了達到更高的電池輸出效率以及更完美的電池堆結構所發展出來之方法，則包含例如化學氣相沉積(CVD)，電漿強化化學氣相沉積(PCVD)，燃燒化學氣相沉積(combustion CVD)，燃燒噴塗(combustion spray)等方法。當然，這些技術通常較為耗時，而且成本也相對較高，一般多應用於研究，少見於量產。
此外，由於固態氧化物燃料電池電極為多孔(porous)薄膜，所以在製造過程容易產生龜裂，製成之電極產生乾燥裂痕，致使電流收集(current collection)功能減退，電阻增加，輸出能量減少。因此，一種製備容易，能以低成本製造裂痕數量少、導電性佳、厚度均勻多孔性電極之製程，有其需求。
為以低成本製造多孔、裂痕數量少、導電性佳且厚度均勻之氧化物電極層，本發明提供一種多孔氧化物電極層之製作方法，其結合粉體膠粒分散(colloidal dispersion)技術、旋鍍(spin coating)技術及煆燒(calcination)步驟，該方法包含：製備電極漿料，其包含導電氧化物材料粉末、 分散劑、水與潤濕劑；旋鍍該電極漿料於緻密電解質表面或多孔基材上，同時控制該緻密電解質或該多孔基材上該電極漿料之厚度與均勻度；以及煆燒該緻密電解質或該多孔基材上之電極漿料以形成一多孔電極材料。
為提升固態氧化物燃料電池之最佳電能密度，增加電極中三相點(TPB)的密度，該電極漿料可包含釔安定化的氧化鋯(yttria-stabilized zirconia,YSZ)，其後經過旋鍍及煆燒等步驟，使電極材料與釔安定化的氧化鋯在該緻密電解質或該多孔基材上形成複合電極。
為改善電極在製作過程中易生龜裂的問題，本發明提出在該電極漿料中，加入平均分子量介於200~1500之低分子量聚乙二醇(PEG)，作為潤濕劑，以減少製成電極之乾燥裂痕，降低其接觸電阻。
在旋鍍之過程中，由於電極漿料之濃度及黏稠度可能不足，導致即使經過多次旋鍍，製成電極之厚度仍然不足，本發明提出在該電極漿料中，加入水基黏結劑，增加電極漿料之黏稠度，以在本發明製程中，控制製成電極之厚度。
不同之電極材料，其粉體之平均粒徑並不相同，對於平均粒徑較小的電極材料粉末，在未加入潤濕劑的狀況下，其製成電極之乾燥裂痕數量，可能已達理想之程度，因此本發明復提出一種多孔氧化物電極層之製作方法，包含：製備電極漿料，其包含導電氧化物材料粉末、分散劑、水與黏結劑；旋鍍該電極漿料於緻密電解質表面或多孔基材上，同時控制該緻密電解質或該多孔基材上該電極漿料之厚度與均勻度；以及煆燒該緻密電解質或該多孔基材上 之電極漿料以形成一多孔電極材料。
本發明所提供多孔氧化物電極層之製作方法，可針對不同之電極材料，製備用於旋鍍之漿料，透過改變漿料固含量、選擇適當之黏結劑與潤濕劑、改變黏結劑與潤濕劑在漿料中的比例，以控制製成電極之厚度與品質，以在低成本的製程中，製作多孔、均勻厚度、裂痕數量少以及具有與固態電解質低接觸電阻之電極。
以下將配合圖示詳細敘述例示實施例。然而，這些實施例可以包含於不同的形式中，且不應被解釋為用以限制本發明。這些實施例之提供使得本發明之揭露完整與完全，熟知此技術之人將能經由該些實施例了解本發明之範疇。本發明各實施例，以LSM或LSCF兩種導電氧化物材料為主體，製成固態氧化物燃料電池之陰極，所用之電極漿料成分，詳列在表一。
表一中之單純電極材料係指單純利用LSM或LSCF材料，製作單純電極；而複合電極材料係指利用LSM與YSZ或LSCF與YSZ，製作複合電極，在複合電極的樣本中LSM與YSZ之重量配比皆為1：1，LSCF與YSZ之重量配比亦皆為1：1，在各實施例中所使用的LSCF材料為La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3(簡稱LSCF6428)。表一中之固含量，係指製備完成、準備用於旋鍍之漿料，固體成分之重量百分比。表一中之載體，係為水，或作為潤濕劑之低分子量聚乙二醇(PEG200)，又或兩者之混合物，其中水與PEG200之重量配比如表一所示。表一中的PVA添加量，則為用做黏結劑之聚乙烯醇在該電極漿料中之重量百分比。本發明電極漿料之調製方法，以第一實施例中，採用水基之複合電極漿料為例，描述如下，其餘樣本皆以相似之方法製備。
在本發明第一實施例中，所使用之電極漿料，為LSM與YSZ組成之複合電極漿料，故將重量相等的(La,Sr)MnO3 (簡稱LSM，H.C.Starck Gmbh,Germany)與釔安定化的氧化鋯(Tosoh,TZ-8Y,Japan)分別加入2wt%分散劑D-134(Prior Company,Taiwan)做為分散劑，固含量為28 vol%，分別球磨60小時後，達到最穩定及最小的平均粒徑(第一圖，步驟101及102)，將兩種漿料混合，再進行2小時之球磨，放置一小時，去除沉降物(統稱去除大顆粒聚結，第一圖，步驟200)，利用去離子水稀釋至特定之濃度，再經10分鐘攪拌，真空抽氣，去除氣泡，完成電極漿料之置備(第一圖，步驟300)。
在本發明各實施例中，完成電極漿料之置備後，將該電極漿料塗佈在緻密之固態電解質上，以3000 rpm之轉速，進行旋鍍(第一圖，步驟400)，旋鍍的時間及次數，則用以控制製成電極薄膜之厚度與均勻度，最後以持溫對旋鍍有電極漿料之固態電解質進行煆燒，以在固態電解質之上，形成一電極薄膜(第一圖，步驟500)。煆燒溫度的選擇，介於1000℃至1150℃之間，煆燒的時間則受煆燒溫度的影響，在前述溫度範圍下，煆燒的時間約為數十分鐘至十小時；在本發明各實施例中，則選擇以1050℃之持溫，進行1小時之煆燒，觀察各製成電極之樣本，亦可觀察到少量燒結(sintering)之現象。本發明複合電極製作之流程圖，如第一圖所示；本發明單純電極製作之流程，與複合電極之製程類似，其流程圖如第二圖所示。
本發明第一實施例係探討電極漿料固含量與製成電極厚度間的關係。固含量15 wt%之水基複合電極漿料(表一，樣本1，載體為去離子水)，經由3000 rpm，持續5秒 之旋鍍，以及1050℃持溫下1小時的煆燒，製成複合電極薄膜，此微結構複合電極薄膜之厚度大約只有800 nm，其原因在於水基之複合電極槳料的黏度較低，又因旋鍍是在緻密之電解質薄層上進行，所以大多數之漿料都甩離緻密之電解質表面。
若以固含量30 wt%之複合電極漿料(表一，樣本2)，依相同步驟製作電極，則複合電極薄膜之厚度則會明顯地增加，其原因在於複合電極槳料的黏度明顯地增加了；另一方面，厚度的增加也使得複合電極之表面連續性也相對變好。若更進一步使用固含量50 wt%之電極漿料(表一，樣本3)，則複合電極之厚度與均勻性皆更為理想。本實施例水基複合電極漿料之濃度與製成複合電極層之厚度，整理於第三圖；利用此種方法製造複合電極薄膜之厚度將無法超過5 μm。
本發明第二實施例係探討在電極漿料中，加入黏結劑，以增加複合電極漿料之黏性及其影響，本實施例使用聚乙烯醇(PVA)做為黏結劑。在表一中的樣本4，為LSM與YSZ之水基複合電極漿料，固含量50 wt%，PVA之添加量為5 wt%，使用此漿料，以本發明之製程製作複合電極，其結果顯示雖複合電極之厚度有所增加，但均勻性則明顯變差，如第四圖所示，其中第四圖(a)及第四圖(b)為漿料樣本4所製成電極表面不同倍率之電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope,SEM)影像，第四圖(c)為該電極剖面之SEM影像。在第四圖(a)及第四圖(b)所呈現之團聚有可能是PVA溶解不完全的原因所導致。在本實施例中亦探討 PVA對於LSCF與YSZ所構成複合電極之影響，使用之漿料為表一中之樣本5、6、7，固含量均為50 wt%，其PVA之添加量分別為2 wt%、1 wt%與0 wt%。在LSCF與YSZ複合電極漿料系統中，結果顯示減少PVA之添加量能改善其漿料性質，有效減少製成電極表面團聚之現象，且當PVA添加量達到2 wt%，則製成電極表面仍會有小型之團聚出現，如第五圖所示，其中第五圖(a)與第五圖(b)為漿料樣本5與6所製成電極之表面SEM影像，第五圖(a’)與第五圖(b’)為漿料樣本5與6所製成電極之剖面SEM影像。
本實施例亦探討旋鍍次數與製成複合電極厚度之關係，使用漿料為表1中之樣本6(LSCF與YSZ之水基複合電極漿料，固含量50 wt%，PVA之添加量為1 wt%)。將此漿料以3000 rpm之轉速旋鍍5秒，經熱處理製成複合電極薄膜；實驗結果顯示約需四次旋鍍才能達到所預期之10μm電極薄膜厚度，旋鍍次數與製成複合電極厚度之關係如第六圖所示。
本發明第三實施例，則探討在電極漿料中，加入潤濕劑，對於製成電極性質之影響，本實施例在電極漿料的載體中，加入低分子量聚乙二醇(PEG200)，作為潤濕劑。在本實施例之第一實施態樣中，使用之漿料為表一中之樣本8(LSM與YSZ之聚乙二醇基複合電極漿料，固含量50 wt%，載體為聚乙二醇，不含水)，將此漿料以3000 rpm之轉速旋鍍5秒，經熱處理製成複合電極薄膜，其製成電極厚度與旋鍍次數之關係，如第七圖所示；複合電極厚度隨旋鍍次數之增加而增加，但旋鍍4次之厚度與3次之差異 並不大，其原因是鍍膜厚度己達30 μm以上，而多孔鍍膜吸收漿料的機制不同所致。實驗顯示，使用聚乙二醇基之複合電極漿料製作LSM與YSZ之複合電極，只需1次之鍍膜手續，即可達到約10μm之電極厚度；就微結構觀察結果而言，水基之複合電極漿料所製作出之複合電極有均勻性較差，有容易產生乾燥裂痕等缺點，相較之下利用聚乙二醇基之複合電極漿料製作之LSM與YSZ之複合電極則無明顯之乾燥裂痕。
在本實施例第二實施態樣中則將低分子量聚乙二醇(PEG200)添加至LSCF與YSZ之複合漿料系統中以製成複合電極。使用漿料為表1中之樣本9、10、11，固含量皆為50 wt%，各漿料載體中水與PEG200之重量配比分別為0/100、10/90與20/80；實驗結果顯示，在此漿料系統，20/80為水與PEG200之最佳配比，當PEG200之成分超過此配比時，則製成電極表面則有部分團聚之現象產生，如第八圖所示，其中第八圖(a)、第八圖(b)與第八圖(c)為漿料樣本9、10、11所製成電極表面之SEM影像；以前述最佳配比之電極漿料製作LSCF與YSZ之複合電極，一次鍍膜所能得到之膜厚約為6.5μm，約2次之鍍膜次數即可達到甚至超過預期之10μm電極薄膜厚度，因此添加PEG200對於鍍膜次數的減少有幫助，以表1中之樣本11製成電極薄膜，其厚度與旋鍍次數之關係，如第九圖所示。
在本發明第四實施例中，則探討旋鍍的時間對於複合電極膜厚均勻性之影響。以第三實施例中之樣本8製作LSM與YSZ之複合電極，製程中僅旋鍍一次，旋鍍的時間 則由5秒到25秒不等。實驗結果顯示，不同旋鍍時間所製作出之複合電極，有著相似之厚度，皆為12μm左右，其相對應之表面形態相似，皆無明顯之乾燥裂痕。旋鍍時間與厚度間之關係，如第十圖所示，厚度皆無明顯差異，但若隨機在製成之電極，選取5個區域來統計厚度分佈之差異性，則顯示旋鍍時間愈久，膜厚之均勻性愈好，如第十圖所示。
在本發明第五實施例，則以表1中之漿料樣本12及13分別製作單純LSM或LSCF電極。在此實施例中，以聚乙二醇做為漿料之載體，漿料固含量為50 wt%，製程中僅旋鍍一次，製成單純電極薄膜之厚度約為13μm，與聚乙二醇基複合電極漿料所製作出之複合電極厚度類似。
根據本發明上述各實施例不同漿料所製成之電極薄膜，針對下列製程上之特性或製成電極之性質做一摘要：1.旋鍍次數與厚度控制；2.電極之乾燥裂痕密度；3.電極與固態電解質之接觸電阻；4.電極之孔隙率；分別討論如下：
旋鍍次數與厚度控制
在旋鍍次數與厚度控制方面，觀察的樣本，均為固含量50 wt%之複合電極漿料所製作之電極，以探討載體中潤濕劑之成分以及漿料中黏著劑的添加，對於製成電極厚度的影響；觀察的樣本如表二所示：
各漿料經不同旋鍍次數製成之電極厚度，如第十一圖所示；在厚度與旋鍍次數比較之分析中，顯示添加PEG200可有效提升其膜厚成長速率，平均旋鍍次數約為1~2次即可達到電極層所需之理想厚度10 μm。另外，在添加PVA之實施例中，則需約3~4次之旋鍍次數方可達到其理想厚度。在此性質分析中有兩個考量，一是厚度的達成，PEG基漿料可以使用單次旋鍍就可達到目標值10 μm；另一個考量是多次旋鍍之製程下，各次厚度的成長表現是否接近。
另外需注意的是，首次旋鍍之底材為緻密平滑之8YSZ電解質層，膜厚增長之趨勢明顯，當旋鍍次數到達第三或第四次時，其底材則為多孔性質，旋鍍上的漿料會向下滲透，造成膜厚成長不明顯。因此，可發現膜厚成長在旋鍍次數達第四次時趨於平緩。
電極乾燥裂痕密度之分析
在電極乾燥裂痕密度之分析方面，觀察的樣本，均為固含量50 wt%之複合電極漿料，以探討載體中潤濕劑之成 分以及漿料中黏著劑的添加，對於製成電極厚度的影響；觀察的樣本如表三所示：
在分析方法方面，係利用掃描電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope,SEM)，拍攝各樣本漿料經本發明製程所製作之電極薄膜表面，由該SEM影像中，擷取出電極之乾燥裂痕，再利用影像分析軟體Image-pro®統計出不同漿料製備出之電極表面裂痕總長度，最後計算出各電極表面乾燥裂痕之密度，單位為μm/μm2，藉此評定其表面性質之優劣；各漿料所製作電極之裂痕密度，列於表三。漿料樣本3、樣本8所製作電極表面之SEM影像如第十二圖(a)、(b)所示，由該等影像擷取出之乾燥裂痕，則如第十二圖 (a’)、(b’)所示；漿料樣本7、9、10、11、5、6所製作電極表面之SEM影像如第十三圖(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)所示，由該等影像擷取出之乾燥裂痕，則如第十三圖(a’)、(b’)、(c’)、(d’)、(e’)、(f’)所示。
其中以LSM與YSZ製作之複合電極，由於LSM粉體有較大之平均粒徑(D50=1.5 μm)，其所製備出之複合電極表面相較於LSCF與YSZ製作之複合電極(LSCF6428,D50=0.1 μm)，可發現乾燥裂痕密度較高，在水基漿料案例中，其裂痕密度為47x10-3 μm/μm2。透過添加PEG200作為潤濕劑，可將乾燥裂痕度降至14x10-3 μm/μm2。
而LSCF與YSZ製作之複合電極，由於LSCF粉體粒徑較小，在無PEG200添加之情況下，也可以有很少之乾燥裂痕產生，裂痕密度為7x10-4 μm/μm2。在添加PEG200為潤濕劑的案例中，顯示當載體中PEG200與水之重量配比超過80/20，表面則會有團聚現象產生，且添加量愈高，乾燥裂痕數與孔洞愈多。因此，在LSCF與YSZ複合電極之製作上，將載體中PEG200與水之重量配比固定在80/20，即可得到相對平整且裂痕數少之表面，裂痕密度約20x10-4 μm/μm2。另外在添加PVA以改善漿料黏度之案例中，當其添加量達2wt%時，電極表面會開始有團聚現象產生，故添加量應控制在1 wt%為最佳，且乾燥裂痕密度僅約6x10-4 μm/μm2。
電極與固態電解質之接觸電阻分析
在電極與固態電解質之接觸電阻(簡稱接觸電阻)之 分析方面，觀察的樣本均為LSCF與YSZ複合電極漿料(固含量為50 wt%)所製作之電極，以探討不同載體成分，對於製成電極接觸電阻的影響；使用的樣本為表1中之樣本7、6、11、9。此電化學性質是利用AC-impedance技術，量測出不同複合電極半電池之阻抗圖譜(EIS)，藉由其量測之歐姆阻值，計算出各電極與固態電解質之面比電阻值。各樣本漿料製作之複合電極在不同溫度下之面比電阻如表四所示。
根據表四之資料，複合電極之面比電阻皆隨溫度升高而遞減。另一方面，各樣本電極之乾燥裂痕密度，亦列於表四；明顯地，乾燥裂痕密度越高，面比電阻之阻值越高；將乾燥裂痕密度與各溫度下電極之面比電阻作圖(第十四圖)，則明顯可見兩者之正相關性。
電極之孔隙率量測
利用本發明製程，使用不同電極漿料所製作電極薄膜之孔隙率，如表五所示。其中LSM與YSZ之複合電極，孔隙率約在36%左右；而LSCF與YSZ之複合電極，孔隙率則介於29%至42%。
由本發明各實施例以及上述分析可以得到如下結論，在本發明多孔氧化物電極層之製作方法中，針對不同之電極材料，可透過改變漿料固含量、水與潤濕劑之比例以及黏結劑之添加，控制製成電極之厚度以及選用旋鍍之次數，另一方面，該漿料之成分，亦將影響製成電極之性質， 對電極之乾燥裂痕及接觸電阻有直接的影響，最後，旋鍍的時間，可用以控制製成電極之均勻度。因此本發明製程，可針對不同之電極材料，選擇適當之漿料固含量、黏結劑與潤濕劑、以及黏結劑與潤濕劑在漿料中的比例，以控制製成電極之厚度與品質。
101‧‧‧球磨導電氧化物粉末步驟
102‧‧‧球磨YSZ粉末步驟
200‧‧‧去除大顆粒聚結步驟
300‧‧‧稀釋漿料步驟
400‧‧‧旋鍍步驟
500‧‧‧煆燒步驟
第一圖係本發明製作多孔氧化物複合電極之流程。
第二圖係本發明製作多孔氧化物單純電極之流程。
第三圖係本發明第一實施例中，水基複合電極漿料之濃度與製成複合電極層之厚度之關係圖。
第四圖係為本發明第二實施例中，漿料樣本4所製成電極表面之掃描電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope,SEM)影像，其中第四圖(a)及第四圖(b)為該電極表面不同倍率之SEM影像，第四圖(c)為該電極剖面之SEM影像。
第五圖(a)與第五圖(b)係本發明第二實施例中，漿料樣本5與6所製成電極之表面SEM影像，第五圖(a’)與第五圖(b’)為漿料樣本5與6所製成電極之剖面SEM影像。
第六圖係本發明第二實施例中，以漿料樣本6製作複合電極，旋鍍次數與製成複合電極厚度之關係圖。
第七圖係本發明第三實施例中，以漿料樣本8製作複合電極，旋鍍次數與製成複合電極厚度之關係圖。
第八圖(a)、第八圖(b)與第八圖(c)係本發明第三實施例中，漿料樣本9、10、11所製成電極之表面SEM影像。
第九圖係本發明第三實施例中，以漿料樣本11製作複合電極，旋鍍次數與製成複合電極厚度之關係圖。
第十圖係本發明第四實施例中，以漿料樣本8製作複合電極，旋鍍時間與電極厚度及均勻度間之關係圖。
第十一圖係以漿料樣本8、9、11、6、7製作複合電極，旋鍍次數與製成複合電極厚度之關係圖。
第十二圖(a)、第十二圖(b)係以漿料樣本3、漿料樣本8製成複合電極之表面SEM影像，第十二圖(a’)、第十二圖(b’)係以漿料樣本3、漿料樣本8製成複合電極之表面乾燥裂痕圖。
第十三圖(a)、第十三圖(b)、第十三圖(c)、第十三圖(d)、第十三圖(e)、第十三圖(f)係以漿料樣本7、9、10、11、5、6製成複合電極之表面SEM影像，第十三圖(a’)、第十三圖(b’)、第十三圖(c’)、第十三圖(d’)、第十三圖(e’)、第十三圖(f’)係以漿料樣本7、9、10、11、5、6製成複合電極之表面乾燥裂痕示意圖。
第十四圖係以漿料樣本7、6、11、9製成之複合電極乾燥裂痕密度與各溫度下電極面比電阻之關係圖。
101‧‧‧球磨導電氧化物粉末步驟
102‧‧‧球磨YSZ粉末步驟
200‧‧‧去除大顆粒聚結步驟
300‧‧‧稀釋漿料步驟
400‧‧‧旋鍍步驟
500‧‧‧煆燒步驟

Claims (12)

  1. 一種多孔氧化物電極層之製作方法，包含：製備一電極漿料，其包含導電氧化物材料粉末、分散劑、水與潤濕劑；旋鍍該電極漿料於一緻密電解質表面或一多孔基材上，同時控制該緻密電解質或該多孔基材上該電極漿料之厚度與均勻度；以及煆燒該緻密電解質或該多孔基材上之電極漿料以形成一多孔電極材料。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該電極漿料尚包含釔安定化的氧化鋯(YSZ)。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之方法，其中該分散劑為陰離子分散劑。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之方法，其中該潤濕劑為低分子量聚乙二醇。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之方法，其中該電極漿料尚包含黏結劑。
  6. 一種多孔氧化物電極層之製作方法，包含：製備一電極漿料，其包含導電氧化物材料粉末、分散劑、水與黏結劑；旋鍍該電極漿料於一緻密電解質表面或一多孔基材上，同時控制該緻密電解質或該多孔基材上該電極漿料之厚度與均勻度；以及煆燒該緻密電解質或該多孔基材上之電極漿料以形成一多孔電極材料。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該電極漿料尚包含釔安定化的氧化鋯(YSZ)。
  8. 如申請專利範圍第6項或第7項所述之方法，其中該分散劑為陰離子分散劑。
  9. 如申請專利範圍第6項或第7項所述之方法，其中該黏結劑為水基黏結劑。
  10. 一種用於固態氧化物燃料電池之多孔氧化物電極層，其包含導電氧化物，其中該多孔氧化物電極層為位於一固態電解質表面之多孔薄膜且其表面裂痕密度在10 x 10-4 μm/μm2以下。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之多孔氧化物電極層，其中該多孔氧化物電極層之孔隙率介於29%至42%。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之多孔氧化物電極層，其中該多孔氧化物電極層之厚度介於2μm至50μm。
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