TWI642229B - Ceramic battery structure - Google Patents

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Abstract

一種陶瓷電池結構，係包含有一上電極層、一下電極層，而該上電極層與該下電極層之間係包含有至少一層的電解質層及電子阻絕層，本發明經由改變上電極層與下電極層之間的電解質層及電子阻絕層的組合，來克服因為單獨使用電解質層、而導致電子導電的問題造成開路電壓下降及高溫的功率的現象發生，因此於陶瓷電池結構中加入高離子導電比例的電子阻絕層後，將能夠阻絕電子導電以避免電子導電的問題發生，除此之外，該陶瓷電池結構更具有能夠增加開路電壓及700℃以上功率密度等優點。

Description

陶瓷電池結構
本發明是有關一種陶瓷電池結構，特別是一種添加電子阻絕層之陶瓷電池結構，而電子阻絕層之存在將能夠克服單獨使用電解質層的缺點，並提高整體製程後電池表現。
固態氧化物燃料電池(SOFC)是一種效率高、構造簡單、操作方便的燃料電池，初期主要偏向於大型建築物的輔助電力系統，後期若當技術更加成熟，可望作為獨立分散式的發電站，相較於現今集中式發電廠的配置系統，分散式的發電系統不但可避免當電力傳送時，龐大可觀的能量損失，也不會因傳統集中式電廠的故障或電力傳輸過程中斷造成廣域性的電力中斷，是一非常理想的發電方式，目前已實際應用於大型發電廠、分散式電源與電動車等方面。
在SOFC的高操作溫度下，電極的反應迅速，因此不需要以貴金屬作為電極的觸媒，降低材料成本。但另一方面也因為SOFC操作溫度過高(約>800℃)易導致電極材料與電解質介面發生反應，使電池的總電阻增加，也會因電極與電解質熱膨脹係數差異過大，造成電極剝離現象產生，致使電池壽命大幅降低。這些問題限制SOFC的發展，因此降低操作溫度至中低溫度(500℃~700℃)是必須的。傳統YSZ為基礎的Ni-YSZ陽極需要較高操作溫度(約700~1000℃)才能使有足夠能量而驅使氧離子於氧空洞內流動，但高溫易造成許多問題產 生(例如使用高溫型固態氧化物燃料電池的儀器設備成本過高以及使用壽命短等問題)，故為了解決這些問題，最近許多研究者以混合SDC取代YSZ作為陽極材料。
根據研究顯示，稀土族元素摻雜氧化鈰的材料，是在500℃仍具有高導度及離子遷移數的良好氧離子導體，而其中又以氧化釤添加氧化鈰(SDC(SmXCe1-XO2-δ))為最適用的電解質材料，其在800℃的導氧離子性為同溫度下YSZ的三倍。一般電解質材料須在燒結後達到95%理論密度才可用於電池上，而添加鈰的氧化物縱使在高溫燒結(>1500℃)的條件下，還是很難燒結成緻密的狀態，且氧化鈰的擴散在1450℃以上會變得相當明顯。
由此可知，SDC係具有中低溫離子導電率最高、燒結溫度低與陰極與陽極材料匹配性好等優點，但SDC亦具有缺點的存在，例如其Ce4+離子容易在還原氣氛下還原成Ce3+離子，由於電解質的電子導電度會提高、因此會使開路電壓降低等缺點。
而除了SDC之外，另具有一種新的電解質，係為LSGM(LaXSr1-XGayMg1-yO3-δ)，此種材料是以ABO3鈣鈦礦結構取代傳統的螢石結構，在700℃時即可呈現比YSZ((Y2O3)X(ZrO2)1-X)更優異的氧離子傳導性，適合應用於SOFC。由於LSGM電解質在低溫下顯示良好的導電度，亦可作為性質優異的電解質，除此之外LSGM更具有開路電壓高、還原氣氛下化學性質安定、可使用在600℃以上等優點；但LSGM亦具有燒結溫度高、燒結時成分容易改變及活性高容易與陽極或陰極材料反應等缺點。
但若是僅使用SDC或LSGM做為陽極與陰極之間的電解質使用，其則會產生上述提到之缺點，因此發現到若是僅於上電極層(一般泛指陽極)與 下電極層(一般泛指陰極)之間僅使用單一類電解質材料做為電解質層是有其缺點的，就以美國專利US2008/0261099與US2009/0136821這兩件來看，其中美國專利US2008/0261099這一件中是於兩個電極之間使用了一固態氧化物電解質層，而此篇專利之電解質層是包含了YSZ跟ScSZ(例如Scandia ceria stabilized zirconia,10Sc1CeSZ)，但此一篇專利會發生離子導電比例不夠高的問題，由於總導電度是電子導電加上離子導電，故離子導電比例不夠高的情況下，將會存在電子導電，更由於電子導電的存在會造成損耗，並導致開路電壓下降及高溫的功率及高溫的功率等缺點產生； 而US2009/0136821這一篇專利中，與前述專利不同之處是提出了固態氧化物燃料電池(SOFC)中的層數目不需限制於三個。如圖3所示，一個額外夾層4位於電解質3與陽極5之間，且另一夾層6位於電解質5與陰極7之間。其中可使用例如經摻雜氧化鈰或是摻雜氧化釤、氧化釓或氧化釔的氧化鈰等材料來製造夾層4、6，而除了上述材料外，亦能夠使用由穩定氧化鋯、氧化釔穩定氧化鋯(“YSZ”)、氧化鈧穩定氧化鋯(“SSZ”)、氧化鈧氧化鈰穩定氧化鋯(“SCSZ”)或其混合物之陶瓷材料來製作。而其中更可包括有YSZ、SSZ、氧化鈧氧化鈰穩定氧化鋯(SCSZ)或是經摻雜氧化鈰的材料(GDC)。
而US2009/0136821該篇專利中所提到之額外夾層4及另一夾層6主要目的是為了於高溫處理時，陽極或陰極有可能會與電解質層反應，因此添加夾層4、6做為一化學反應阻絕層(barrier layer或buffer layer)使用，來避免陽極或陰極與電解質層反應；但即使此篇專利中有提到夾層的概念，但仍會遇到如同前述專利的問題一般，由於電解質層之離子導電比例無法達到100%，故此篇專利中亦會因電子導電的存在而造成損耗，故即使使用多層結構，若沒有考慮到因 電子導電的存在所造成的損耗，同樣亦會因為電子導電而造成開路電壓下降及高溫的功率及高溫的功率及等問題發生。
因此，為了克服上述缺點，若能夠於上電極層與電解質層之間、下電極層與電解質層之間或是兩個電解質層之間設置至少一層的電子阻絕層，用以阻絕電子導電以避免電子導電的問題發生，以避免因因電子導電的存在所造成的損耗，因此本發明應為一最佳解決方案。
本發明係關於一種陶瓷電池結構，係進行添加電子阻絕層，而電子阻絕層之存在將能夠阻絕電子導電以避免電子導電的問題發生，以提高整體製程後之電池表現。
一種陶瓷電池結構，係包含：一上電極層；一下電極層；以及其中該上電極層與該下電極層之間更設置有一個或一個以上的電解質層及一個或一個以上的電子阻絕層。
更具體的說，所述電解質層係為Bi2O3基摻雜氧化物、CeO2基摻雜氧化物、ZrO2基摻雜氧化物、ThO2基摻雜氧化物、HfO2基摻雜氧化物或LaGaO3基摻雜氧化物。
更具體的說，所述LaGaO3基摻雜氧化物係為Sr、Mg或Co等元素來摻雜LaGaO3。
更具體的說，所述LaGaO3基摻雜氧化物係為Sr、Mg等元素來摻雜LaGaO3。
更具體的說，所述CeO2基摻雜氧化物係為Sm、Gd或La等元素來摻雜CeO2。
更具體的說，所述ZrO2基摻雜氧化物係為Y或Sc等元素來安定ZrO2。
更具體的說，所述電子阻絕層之離子導電比率需大於95%。
更具體的說，所述電子阻絕層係為Bi2O3基摻雜氧化物、ZrO2基摻雜氧化物、ThO2基摻雜氧化物、HfO2基摻雜氧化物或LaGaO3基摻雜氧化物。
更具體的說，所述LaGaO3基摻雜氧化物係為Sr、Mg、Co等元素來摻雜LaGaO3。
更具體的說，所述LaGaO3基摻雜氧化物係為Sr、Mg等元素來摻雜LaGaO3。
更具體的說，所述ZrO2基摻雜氧化物係為Y或Sc等元素來安定ZrO2。
更具體的說，所述電解質層之厚度係介於0.1μm至50μm之間。
更具體的說，所述電子阻絕層之厚度係介於0.1μm至50μm之間。
更具體的說，所述電解質層係位於該上電極層與該下電極層之間，而該電子阻絕層係設置於該上電極層與該電解質層之間。
更具體的說，所述電解質層係位於該上電極層與該下電極層之間，而該電子阻絕層係設置於該電解質層與該下電極層之間。
而本發明另一種陶瓷電池結構，係包含：一上電極層；一下電極層；一電子阻絕層，係位於該上電極層與該下電極層之間；一第一電解質層，係設置於該上電極層與該電子阻絕層之間；以及一第二電解質層，係設置於該電子阻絕層與該下電極層之間。
更具體的說，所述第一電解質層或/及第二電解質層係為Bi2O3基 摻雜氧化物、CeO2基摻雜氧化物、ZrO2基摻雜氧化物、ThO2基摻雜氧化物、HfO2基摻雜氧化物或LaGaO3基摻雜氧化物。
更具體的說，所述LaGaO3基摻雜氧化物係為Sr、Mg、Co等元素來摻雜LaGaO3。
更具體的說，所述LaGaO3基摻雜氧化物係為Sr、Mg等元素來摻雜LaGaO3。
更具體的說，所述CeO2基摻雜氧化物係為Sm、Gd或La等元素來摻雜CeO2。
更具體的說，所述ZrO2基摻雜氧化物係為Y或Sc等元素來安定ZrO2。
更具體的說，所述電子阻絕層之離子導電比率需大於95%。
更具體的說，所述電子阻絕層係為Bi2O3基摻雜氧化物、ZrO2基摻雜氧化物、ThO2基摻雜氧化物、HfO2基摻雜氧化物或LaGaO3基摻雜氧化物。
更具體的說，所述LaGaO3基摻雜氧化物係為Sr、Mg、Co等元素來摻雜LaGaO3。
更具體的說，所述LaGaO3基摻雜氧化物係為Sr、Mg等元素來摻雜LaGaO3。
更具體的說，所述ZrO2基摻雜氧化物係為Y或Sc等元素來安定ZrO2。
更具體的說，所述第一電解質層之厚度係介於0.1μm至50μm之間。
更具體的說，所述第二電解質層之厚度係介於0.1μm至50μm之間。
更具體的說，所述電子阻絕層之厚度係介於0.1μm至50μm之間。
1‧‧‧上電極層
2‧‧‧下電極層
3‧‧‧第一電解質層
4‧‧‧電子阻絕層
5‧‧‧第二電解質層
6‧‧‧外圈電極層
7‧‧‧內圈電極層
8‧‧‧電解質層
9‧‧‧電子阻絕層
[第1圖]係本發明陶瓷電池結構之第一實施結構示意圖。
[第2圖]係本發明陶瓷電池結構之製程流程示意圖。
[第3圖]係本發明陶瓷電池結構之第一實施之量測電壓及功率密度對電流密度的關係示意圖。
[第4圖]係習用純SDC的量測電壓及功率密度對電流密度的關係示意圖。
[第5圖]係本發明陶瓷電池結構之第二實施結構示意圖。
[第6圖]係本發明陶瓷電池結構之第三實施結構示意圖。
[第7A圖]係本發明陶瓷電池結構之第四實施立體結構示意圖。
[第7B圖]係本發明陶瓷電池結構之第四實施側視結構示意圖。
[第8圖]係本發明陶瓷電池結構之第四實施之量測電壓及功率密度對電流密度的關係示意圖。
有關於本發明其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
請參閱第1圖，為本發明陶瓷電池結構之第一實施結構示意圖，由圖中可知，該陶瓷電池結構係包含有一上電極層1、一下電極層2、一第一電解質層3、一電子阻絕層4及一第二電解質層5，其中該第一電解質層3係設置於該上電極層1與該電子阻絕層4之間，另外該第二電解質層5係設置於該電子阻絕層4與該下電極層2之間； 而本實施例中所揭露之上電極層1係為陰極(但亦能夠為陽極)，而下電極層2係為陽極(但亦能夠為陰極)，且該第一電解質層3及第二電解質層5係為以下電解質材料所形成，電解質材料能夠為「Bi2O3基摻雜氧化物」、「CeO2基摻雜氧化物」、「ZrO2基摻雜氧化物」、「ThO2基摻雜氧化物」、「HfO2基摻雜氧化物」或「LaGaO3基摻雜氧化物」，其中該LaGaO3基摻雜氧化物係能夠為Sr、Mg或Co等元素來摻雜LaGaO3、Sr或Mg等元素來摻雜LaGaO3、其中該CeO2基摻雜氧化物係能夠為Sm、Gd或La等元素來摻雜CeO2、其中該ZrO2基摻雜氧化物係能夠為Y或Sc等元素來安定ZrO2。
而上述之電極層之材料若能夠使用離子導電比例為100%是最好的情況，但大多電極層之離子導電比例為小於98%，由於總導電度是電子導電加上離子導電(σ T =σ i +σ e )，其中電解質層最完美的情況下應該是等於100%離子導電，但實際的情況下，電解質層之離子導電比例大多是小於98%(其中電子導電度並非為0%)，由於電子導電會造成損耗，故本發明才會除了電解質層之外，增加了一層以上的電子阻絕層，用以於電子導電時，透過該電子阻絕層進行阻絕，而本發明最佳的情況下，所使用之電子阻絕層之離子導電比例必須等於或大於95%(例如95%、95.5%、96%、96.5%、97%、97.5%、98%、98.5%、99%、100%)，但本發明亦能夠應用任何離子導電比例為0~100%的電解質材料進行實施。
而電子阻絕層4係為以下電解質材料所形成，電解質材料能夠為「Bi2O3基摻雜氧化物」、「CeO2基摻雜氧化物」、「ZrO2基摻雜氧化物」、「ThO2基摻雜氧化物」、「HfO2基摻雜氧化物」或「LaGaO3基摻雜氧化物」，其中該LaGaO3基摻雜氧化物係能夠為Sr、Mg、Co等元素來摻雜LaGaO3、Sr、Mg等元素 來摻雜LaGaO3、其中該ZrO2基摻雜氧化物係能夠為Y或Sc等元素來安定ZrO2。
而本發明陶瓷電池結構之製程流程示意圖，如第2圖所示，其流程為：(1)刮帶成型的漿料採用兩階段球磨製程，球磨材為氧化鋯球體，溶劑使用甲苯與酒精的混合液，重量比6：4，加入分散劑可以漿料中顆粒分散不會團聚，另外添加黏結劑及塑化劑，用於後續刮帶成形時，使薄帶有連結支撐的力量201；(2)陽極為NiO與SDC混合體，NiO與SDC重量比為6：4，並且填加碳黑為造孔劑。使用刮帶成形法製備陽極、電解質層及電子阻絕層，共燒於1250到1500℃之間202；(3)陰極層使用網印技術印在燒結完成的電解質上方，燒結溫度1000到1200℃之間203。
而上述本發明陶瓷電池結構之製程流程僅是一種實施方式，但於實際上製程並沒有限制，任何製程皆可，刮刀成型法，濺鍍法、塗佈法，網印法、壓碇法。而本發明之製程必須克服燒結匹配性、熱膨脹匹配性、化學匹配性、燒結收縮率匹配性，且本發明製程過程中陽極燒結溫度範圍為1250~1500℃、陰極燒結溫度範圍：1000~1200℃，另外經過製程後之第一電解質層3、第二電解質層5及電子阻絕層4之厚度係介於0.1μm至50μm(0.1、0.5、2.5、5、7.5、10、12.5、15、17.5、20、22.5、25、27.5、30、32.5、35、37.5、40、42.5、45、47.5、50)之間，而不同層結構厚度能夠不同，能夠達成之效果亦有些微差異，由於厚度能夠決定性質，原則上厚度大於一定程度(看材料而定)，功率會下降，但是電解質膜穩定性及機械性較好。
而本發明之第一實施製程後(第一電解質層3及第二電解質層5係使用SDC，電子阻絕層4係使用LSGM)經過電性量測，其結果如第3圖及表格1所示，為了與習用純SDC(陰極+SDC+陽極)進行比較，則將習用純SDC之第4圖及表格2之經電性量測後所得結果與本實施例之電性量測(於不同溫度下，量測電壓及功率密度對電流密度的關係)的結果進行比較，而表格1之內容如下：
而表格2之內容如下：
由本發明第一實施之第3圖、表格1及習用用純SDC之第4圖及表格2可知，本發明第一實施中共有6組實施組(550、600、650、700、750、800℃)，而習用純SDC則有5組實施組(500、550、600、650、700℃)，比較如下：
(1)本發明第一實施中，550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃這六組的實施組中(如第3圖及表格1所示)，最高開路電壓皆比純SDC(如第4圖及表格2所示)高，以650℃來看，本發明第一實施為0.968V，而純SDC為0.79V，明顯可知，650℃中本發明第一實施最高開路電壓會比純SDC所得之最高開路電壓來得高。
(2)而由第4圖可知，純SDC無法在650℃以上維持長時間，而由第3圖可知，本發明第一實施可以在650℃以上維持長時間。
(3)另外，再由功率密度來看，將表格1及表格2比較可知，本發明第一實施最高功率在800℃為1.08W/cm2，而純SDC最高功率密度在650℃為1.11W/cm2。
(4)綜所皆知，習用的純SDC與純LSGM的優點與缺點為：(a)使用純SDC之優點為中低溫離子導電率最高、燒結溫度低、陰極與陽極材料匹配性好；(b)使用純SDC之缺點除了是使用在600℃以下之外，其Ce4+離子容易在還原氣氛下還原成Ce3+離子，故致使電解質的電子導電度提高、並使開路電壓降低等缺點；(c)使用純LSGM的優點為開路電壓高、還原氣氛下化學性質安定、可使用在600℃以上；(d)使用純LSGM的缺點為燒結溫度高、燒結時成分容易改變、活性高容易與陽極或陰極材料反應。
(5)延續上述習用的純SDC與純LSGM的優點與缺點之內容，再經由本發明之第3圖及表格1的量測結果可知，結合電子阻絕層(LSGM)及電解質層(SDC)則能夠克服純SDC及純LSGM所帶來的缺點，並保持純SDC及純LSGM所具有的優點，由於單獨使用電解質層，其缺點是會造成電子導電的問題，因此發生開路電壓下降及高溫的功率，但由量測結果可知，加入電子阻絕層後，能夠避免電子導電的問題發生，並增加開路電壓及700℃以上功率密度。
而除了第一實施之外，更能夠僅使用單一層的電解質層與單一層的電子阻絕層來達到相同目的，如第5圖所示，其製程後之結構僅具有第一電解質層3與電子阻絕層4，而不具有第二電解質層5，除此之外，亦能夠將第一電解質層3與電子阻絕層4之製程後之結構改變如第6圖所示，使該電子阻絕層4設置於該上電極層1與該第一電解質層3之間，而第5圖及第6圖所揭露之結構亦能夠達到如同本發明第一實施之效果，故其量測結果不再額外贅述。
而本發明是以SDC與LSGM之結合來與單獨使用SDC或LSGM進行比較，明顯可以發現SDC與LSGM之結合能夠使單獨使用SDC或LSGM之缺點消失，並進行保留單獨使用SDC或LSGM之優點，因此本發明之電解質層與電子阻絕層之電解質材料的選擇會挑選不同的材料/或是不同特性的材料(但若是不只一層電解質層或是電子阻絕層，有可能會使用相同的材料)，由於單獨使用電解質層可能因為電子導電的問題造成開路電壓下降及高溫的功率，但加入電子阻絕層後，則可以避免電子導電的問題；因此在挑選電解質層與電子阻絕層之電解質材料時，如若電子阻絕層所使用之材料無法克服電解質層所使用之材料的缺點(及/或是電解質層所使用之材料無法克服電子阻絕層所使用之材料的缺點)，則不在本發明的考慮範圍內。
另外，上電極層1與一下電極層2之間能夠至少使用一個電解質層與一個電子阻絕層，但亦能夠使用一個電解質層與多個電子阻絕層或是多個電解質層與一個電子阻絕層或是多個電解質層與多個電子阻絕層，而電解質層與電子阻絕層的排列可能性如下一種、多種或是混合：(1)電解質層其中一面與上電極層1接觸，另一面則是與電子阻絕層接觸；(2)電解質層其中一面與下電極層2接觸，另一面則是與電子阻絕層接觸； (3)電子阻絕層其中一面與上電極層1接觸，另一面則是與電解質層接觸；(4)電子阻絕層其中一面與下電極層2接觸，另一面則是與電解質層接觸；(5)當有一個電子阻絕層與多個電解質層同時設置於該上電極層1與下電極層2之間時，至少兩個電解質層之間具有一個電子阻絕層；(6)當有多個電子阻絕層與一個電解質層同時設置於該上電極層1與下電極層2之間時，至少兩個電子阻絕層之間具有一個電解質層；(7)當有多個電子阻絕層與多個電解質層同時設置於該上電極層1與下電極層2之間時，其中至少兩個電子阻絕層之間具有一個電解質層或是至少兩個電解質層之間具有一個電子阻絕層。
而前述實施例中皆是以平板結構呈現，但亦能夠設計為管狀結構，如第7A圖及第7B圖所示，其中最外圈係為一外圈電極層6(係以LSCF+GDC材料結合做為一陰極使用，但亦能夠將外圈電極層6做為一陽極使用)，而最內圈係為一內圈電極層7(係以NiO+GDC材料混合做為一陽極使用，但亦能夠將內圈電極層7做為一陰極使用)，而該外圈電極層6與該內圈電極層7之間係具有一電解質層8(材料為GDC)及一電子阻絕層9(材料為LSGM)，其中該電解質層8係與該內圈電極層7相接觸、電子阻絕層9係與該外圈電極層6相接觸； 而將第四實施之管狀結構進行量測後，則能夠取得如第8圖及表格3所示的量測電壓及功率密度對電流密度的關係示意圖與數據資料示意表，而表格3之內容如下：
將第四實施之實驗結果(如第8圖及表格3所示)與純SDC之實驗結果(如第4圖及表格2所示)進行比較，比較如下：
(1)由第8圖及表格3可知，650℃這一組的實施組之最高開路電壓為0.91，故明顯比純SDC於650℃的最高開路電壓高(如第4圖及表格2所示)，甚至純SDC於700℃時，最高開路電壓則是0.73V，但第四實施中，於700℃時，最高開路電壓則是0.88V，故本發明第四實施最高開路電壓會比純SDC所得之最高開路電壓來得高。
(2)而將第8圖與第4圖比較可知，純SDC無法在650℃以上維持長時間，然而本發明第四實施由第8圖中可知，能夠在650℃以上維持長時間。
(3)另外，再由功率密度來看，將表格3與表格2比較可知，雖然功率密度比純SDC低，但由於第4圖及表格2的純SDC是以平板結構進行量測所取得的數據，但若是純SDC以管狀結構進行量測時，本發明第四實施之特性必然會比純SDC以管狀結構所取得的量測結果來的好。
由上述可知，本發明使用管狀結構亦能夠達到本發明之目的，雖然本發明之陶瓷電池結構以平板結構呈現，但由第四實施中可知，亦能夠設計為管狀結構，主要是依據不同的應用而能夠設計為不同形狀的結構，但結構內部的層狀堆疊之結構層內容則是如本發明中所述，故不再額外贅述。
另外，不論是幾層的結構、平板或是管狀結構，本發明之電解質層與電子阻絕層在燒製時，必須要考慮不同層間是否會有第二相的產生，熱膨脹係數要能夠互相批配，這樣成型後才不會產生龜裂或層與層分離。各層間材料之間必須要有化學匹配性，除了結合性要好，更要具有高的傳遞氧離子能力，使電池片仍具有高導電的特能，另外電子阻絕層4必須具有不影響上、下電極的觸媒 作用的性質，才能加入使用。
本發明所提供之陶瓷電池結構，與其他習用技術相互比較時，其優點如下：
(1)本發明能夠進行添加電子阻絕層，而電子阻絕層之存在將能夠克服單獨使用電解質層的缺點，並提高整體製程後電池表現。
(2)由於一般電解質層之無法100%離子導電，故會有電子導電，而於電子導電時則會產生損耗，故本發明使用高離子導電比例的電子阻絕層與電解質層結合，來阻絕電子導電。
(3)若單獨使用電解質層，其缺點是會造成電子導電的問題，因此發生開路電壓下降及高溫的功率，但本發明加入電子阻絕層後，能夠避免電子導電的問題發生，並增加開路電壓及700℃以上功率密度。
本發明已透過上述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此一技術領域具有通常知識者，在瞭解本發明前述的技術特徵及實施例，並在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之請求項所界定者為準。

Claims (21)

  1. 一種陶瓷電池結構，係包含：一上電極層；一下電極層；以及其中該上電極層與該下電極層之間更設置有一個或一個以上的電解質層及一個或一個以上的電子阻絕層，其中該電子阻絕層之離子導電比率需大於95%，其中該電子阻絕層之離子導電比率係為離子導電占總導電度的比率，而該總導電度係為電子導電是加上離子導電，該電子阻絕層係為電子阻絕層係為Bi2O3基摻雜氧化物、ZrO2基摻雜氧化物、ThO2基摻雜氧化物、HfO2基摻雜氧化物或LaGaO3基摻雜氧化物，其中該ZrO2基摻雜氧化物為Sc等元素來安定ZrO2，而該電解質層係為Bi2O3基摻雜氧化物、CeO2基摻雜氧化物、ZrO2基摻雜氧化物、ThO2基摻雜氧化物、HfO2基摻雜氧化物或LaGaO3基摻雜氧化物；且該上電極層與該下電極層之間能夠設置有一個或一個以上的電解質層及一個或一個以上的電子阻絕層，當上電極層與該下電極層之間設置有一個電子阻絕層與多個電解質層、其中至少兩個電解質層之間具有一個電子阻絕層，當上電極層與該下電極層之間設置有多個電子阻絕層與一個電解質層、其中至少兩個電子阻絕層之間具有一個電解質層，當上電極層與該下電極層之間設置有多個電子阻絕層與多個電解質層、其中至少兩個電子阻絕層之間具有一個電解質層或/及至少兩個電解質層之間具有一個電子阻絕層。
  2. 如請求項1所述之陶瓷電池結構，其中該LaGaO3基摻雜氧化物係為Sr、Mg或Co等元素來摻雜LaGaO3。
  3. 如請求項1所述之陶瓷電池結構，其中該LaGaO3基摻雜氧化物係 為Sr或Mg等元素來摻雜LaGaO3。
  4. 如請求項1所述之陶瓷電池結構，其中該CeO2基摻雜氧化物係為Sm、Gd或La等元素來摻雜CeO2。
  5. 如請求項1所述之陶瓷電池結構，其中該ZrO2基摻雜氧化物係為Y或Sc等元素來安定ZrO2。
  6. 如請求項1所述之陶瓷電池結構，其中該LaGaO3基摻雜氧化物係為Sr、Mg或Co等元素來摻雜LaGaO3。
  7. 如請求項1所述之陶瓷電池結構，其中該LaGaO3基摻雜氧化物係為Sr或Mg等元素來摻雜LaGaO3。
  8. 如請求項1所述之陶瓷電池結構，其中該電解質層之厚度係介於0.1μm至50μm之間。
  9. 如請求項1所述之陶瓷電池結構，其中該電子阻絕層之厚度係介於0.1μm至50μm之間。
  10. 如請求項1所述之陶瓷電池結構，其中該電解質層係位於該上電極層與該下電極層之間，而該電子阻絕層係設置於該上電極層與該電解質層之間。
  11. 如請求項1所述之陶瓷電池結構，其中該電解質層係位於該上電極層與該下電極層之間，而該電子阻絕層係設置於該電解質層與該下電極層之間。
  12. 一種陶瓷電池結構，係包含：一上電極層；一下電極層； 一電子阻絕層，係位於該上電極層與該下電極層之間，其中該電子阻絕層之離子導電比率需大於95%，其中該電子阻絕層之離子導電比率係為離子導電占總導電度的比率，而該總導電度係為電子導電是加上離子導電，該電子阻絕層係為電子阻絕層係為Bi2O3基摻雜氧化物、ZrO2基摻雜氧化物、ThO2基摻雜氧化物、HfO2基摻雜氧化物或LaGaO3基摻雜氧化物，其中該ZrO2基摻雜氧化物為Sc等元素來安定ZrO2；一第一電解質層，係設置於該上電極層與該電子阻絕層之間，該第一電解質層係為Bi2O3基摻雜氧化物、CeO2基摻雜氧化物、ZrO2基摻雜氧化物、ThO2基摻雜氧化物、HfO2基摻雜氧化物或LaGaO3基摻雜氧化物；以及一第二電解質層，係設置於該電子阻絕層與該下電極層之間，該第二電解質層係為Bi2O3基摻雜氧化物、CeO2基摻雜氧化物、ZrO2基摻雜氧化物、ThO2基摻雜氧化物、HfO2基摻雜氧化物或LaGaO3基摻雜氧化物。
  13. 如請求項12所述之陶瓷電池結構，其中該LaGaO3基摻雜氧化物係為Sr、Mg或Co等元素來摻雜LaGaO3。
  14. 如請求項12所述之陶瓷電池結構，其中該LaGaO3基摻雜氧化物係為Sr或Mg等元素來摻雜LaGaO3。
  15. 如請求項12所述之陶瓷電池結構，其中該CeO2基摻雜氧化物係為Sm、Gd或La等元素來摻雜CeO2。
  16. 如請求項12所述之陶瓷電池結構，其中該ZrO2基摻雜氧化物係為Y或Sc等元素來安定ZrO2。
  17. 如請求項12所述之陶瓷電池結構，其中該LaGaO3基摻雜氧化物係為Sr、Mg或Co等元素來摻雜LaGaO3。
  18. 如請求項12所述之陶瓷電池結構，其中該LaGaO3基摻雜氧化物係為Sr或Mg等元素來摻雜LaGaO3。
  19. 如請求項12所述之陶瓷電池結構，其中該第一電解質層之厚度係介於0.1μm至50μm之間。
  20. 如請求項12所述之陶瓷電池結構，其中該第二電解質層之厚度係介於0.1μm至50μm之間。
  21. 如請求項12所述之陶瓷電池結構，其中該電子阻絕層之厚度係介於0.1μm至50μm之間。
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