CN104638277B - 一种碳基固体氧化物燃料电池用梯度功能阳极及制备方法 - Google Patents

一种碳基固体氧化物燃料电池用梯度功能阳极及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种碳基固体氧化物燃料电池用梯度功能阳极及制备方法，梯度功能阳极包括重整催化层、过渡层和电化学反应层功能层；重整催化层将通入燃料电池阳极的含碳燃料重整为H2与CO，从而避免电化学反应层直接接触含碳燃料，提高阳极抗碳沉积性能；电化学反应层是H2与CO进行电化学反应发电的场所；过渡层是匹配重整催化层与电化学反应层的热膨胀，保持重整催化层的结构和附着性。本发明在于重整催化层采用含Ni复合金属氧化物，在阳极原性气氛中经过活化过程，释放出纳米级Ni催化活性位点，同时引入金属氧化物助剂和载体作用以及未分解基体的锚钉作用来增强阳极抗积碳能力。本发明制备方法简单，适合大规模生产。

Description

一种碳基固体氧化物燃料电池用梯度功能阳极及制备方法
技术领域
本发明属于燃料电池应用领域，涉及一种碳基固体氧化物燃料电池用阳极及其制备方法。
背景技术
煤炭一直是我国的主要能源，但是以燃煤发电、发热为主的粗放利用方式以成为严重雾霾天气频发的主要原因，倒逼着国家不得不采取严厉措施来削减燃煤消耗量。削减煤炭消耗已经对我国煤炭产业造成严重影响，同时也放大了能源需求与供给间的矛盾，严重影响国家能源战略安全。因此，从我国能源构成的实际情况考虑，大力发展清洁的煤炭能源利用技术是我国能源战略的必由之路。固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)作为一种在中高温(600‐1000℃)下运行的燃料电池，可以采用碳基燃料，煤气(气化煤气、煤层气)、天然气、生物质气，甚至固体碳燃料进行发电，一次发电效率可达50％～60％，热电联产效率可达80％，且SOFC发电效率与装机规模无关，排放的高浓度二氧化碳更易于捕集，因此被认识为最理想的煤炭清洁发电技术。
碳基SOFC是指利用含碳燃料发电的固体氧化物燃料电池，目前的燃料电池产品使用含碳燃料时，需要在***前端附加重整器，将含碳燃料预先重整为H2和CO用于发电，称之为外重整。外重整使得***换热设计变得复杂，发电效率降低，同时也增加了成本，不利用SOFC技术商业化。SOFC在其工作温度下理论上可现实内重整，即含碳燃料在电池内部阳极侧直接实现重整，从而可以省略外部重整器，提高发电效率，降低***成本；但目前广泛使用的Ni‐YSZ(氧化钇稳定的氧化锆)阳极在使用含碳燃料时，由于金属Ni是碳氢化合物裂解的优良催化剂，且Ni‐YSZ阳极金属Ni含量非常高(体积比>30％)，所以很容易发生积碳反应，长时间运行时会导致电池破裂，因此研发具有优良抗碳沉积性能的新型阳极是碳基SOFC产业化的关键。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种碳基固体氧化物燃料电池用梯度功能阳极，该阳极在提供良好阳极电催化活性的同时，能够在含碳燃料中长期稳定运行，拥有良好的抗积碳性能。
本发明的再一目的在于提供碳基固体氧化物燃料电池用梯度功能阳极的制备方法，通过重整催化层采用含Ni复合金属氧化物，在阳极原性气氛中经活化，释放出纳米级Ni催化活性位点，同时引入金属氧化物助剂和载体作用以及未分解基体的锚钉作用来增强阳极抗积碳能力。
本发明采用以下技术方案：
根据本发明实施例提供的一种碳基固体氧化物燃料电池用梯度功能阳极，该阳极结构上包括相互依次叠加的重整催化层、过渡层和电化学反应层；
所述重整催化层的材料为含Ni的金属复合氧化物；
所述过渡层的材料为重整催化层材料与电解质的混合材料；
所述电化学反应层材料为固体氧化物燃料电池用金属陶瓷。
进一步地，所述含Ni的金属复合氧化物，为LaNi1-xTixO3，LaNi1-xFexO3，LaNi1- xMnxO3，LaNiO3中的至少一种，其中0<x<1。
进一步地，所述固体氧化物燃料电池用金属陶瓷，包括Ni‐YSZ，Ni‐ScSZ，Ni‐SDC，Ni‐GDC以及Ni‐LSGM中至少一种。
进一步地，所述过渡层的材料中电解质材料为YSZ，ScSZ，SDC，GDC以及LSGM中的至少一种；
所述电解质材料YSZ，ScSZ，SDC，GDC以及LSGM中取材种类分别与固体氧化物燃料电池用金属陶瓷Ni‐YSZ，Ni‐ScSZ，Ni‐SDC，Ni‐GDC以及Ni‐LSGM中电解质取材种类相对应。
进一步地，所述重整催化层材料与电解质材料按照质量比为1:0.5～6的比例混合。
进一步地，所述电化学反应层厚度为50～1000μm，过渡层厚度为10～100μm，重整催化层厚度为10～100μm。
相应地，本发明还给出了一种碳基固体氧化物燃料电池用梯度功能阳极的制备方法，采用传统陶瓷膜成型技术制备带有电化学反应层的电池素坯，在电化学反应层上采用丝网印刷法、浆料浸渍法中的一种依次制备过渡层和重整催化层，最后采用两步烧结工艺或共烧结工艺进行烧结成型。
其中，所述梯度功能阳极采用共烧结成型工艺，包括下述步骤：
步骤1：采用传统陶瓷膜成型技术制备电化学反应层的电池素坯，电池素坯为两层，一层为电化学反应层，一层为纯电解质层；其中电化学反应层的原材料采用NiO材料与电解质材料的混合材料，NiO材料与电解质材料质量比为1:0.25～1；
步骤2：在空气气氛下室温自然干燥，得到干燥的电化学反应层的电池素坯；
步骤3：将重整催化层材料、粘结剂、造孔剂混合球磨得到重整催化层丝网印刷浆料；其中重整催化层材料在浆料中的质量百分浓度为40％～80％，造孔剂在浆料中的质量百分浓度为1％～10％；粘结剂在浆料中的质量百分浓度为19％～59％；
步骤4：将过渡层材料、粘结剂、造孔剂混合球磨得到过渡层丝网印刷浆料；其中过渡层材料在浆料中的质量百分浓度为40％～80％，造孔剂在浆料中的质量百分浓度为1％～10％；粘结剂在浆料中的质量百分浓度为19％～59％；
所述粘结剂为乙基纤维素与松油醇混合物，其中乙基纤维素在粘结剂中质量百分浓度为2％～5％；所述造孔剂为淀粉、石墨粉、炭黑中的一种或者几种组合；
步骤5：然后在步骤2制备好的电化学反应层上采用丝网印刷法制备过渡层，层厚度控制在30～150μm；空气气氛下干燥后在过渡层上丝网印刷重整催化层浆料，层厚度控制在20～150μm；然后空气气氛下干燥；
步骤6：干燥好的电池在1350～1450℃下煅烧3～5h，完成梯度功能阳极制备。
其中，所述梯度功能阳极采用两步烧结成型工艺，包括下述步骤：
步骤1：采用传统陶瓷膜成型技术制备电化学反应层的电池素坯，电池素坯为两层，一层为电化学反应层，一层为纯电解质层；其中电化学反应层的原材料采用NiO材料与电解质材料的混合材料，NiO材料与电解质材料质量比为1:0.25～1；
步骤2：电池素坯在空气气氛下室温自然干燥，然后置于高温炉于1350～1450℃空气气氛下烧结3～5小时，降温后得到成型的电池素坯的陶瓷结构；
步骤3：将重整催化层材料、粘结剂、造孔剂混合球磨得到重整催化层丝网印刷浆料；其中重整催化层材料在浆料中的质量百分浓度为40％～80％，造孔剂在浆料中的质量百分浓度为0～10％；粘结剂在浆料中的质量百分浓度为20％～60％；
步骤4：将过渡层材料、粘结剂、造孔剂混合球磨得到过渡层丝网印刷浆料；其中过渡层材料在浆料中的质量百分浓度为40％～80％，造孔剂在浆料中的质量百分浓度为0～10％；粘结剂在浆料中的质量百分浓度为20％～60％；
所述粘结剂为乙基纤维素与松油醇混合物，其中乙基纤维素在粘结剂中质量百分浓度为2％～5％；所述造孔剂为淀粉、石墨粉、炭黑中的一种或者几种组合；
步骤5：然后在步骤2制备好的电化学反应层上采用丝网印刷法制备过渡层，层厚度控制在20～150μm；空气气氛下干燥后在过渡层上丝网印刷重整催化层浆料，层厚度控制在15～150μm；然后空气气氛下干燥；
步骤6：干燥好的电池在1100～1250℃下煅烧3～5h，完成梯度功能阳极制备。
本发明进而给出了一种碳基固体氧化物燃料电池用梯度功能阳极的活化方法，活化梯度功能阳极，实施步骤为：
步骤1：将带有梯度功能阳极的SOFC安装好置于高温炉内，阳极侧接入氢气输入与输出管道；
步骤2：在温度升至400℃以上时，开始通入氢气，梯度功能阳极开始还原活化；
步骤3：当温度升至电池工作温度600～900℃，维持炉温不变，待电池开路电池升至1.1V以上时，至此阳极活化完毕。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：利用所述催化层材料的特点，经过活化过程得到纳米Ni催化活性位点，同时引入金属氧化物助剂和载体作用以及未分解基体的锚钉作用来增强阳极抗积碳能力，而采用传统的球磨混合烧结阳极制备技术则难以制备纳米Ni活性位点，这是本发明最重要创新所在；与制备纳米Ni活性位点的离子注入技术相比，所述阳极采用简单的陶瓷膜成型技术具有省时且低成本的优点，非常适合SOFC的大规模制备。
本发明具有以下有益效果：
1、含碳燃料在重整催化层重整为H2和CO，避免电化学反应层直接接触含碳燃料，保证电化学性能的同时，能够增强阳极抗积碳能力。
2、重整催化层采用含Ni的金属复合氧化物材料，活化后产生纳米级Ni催化颗粒，制备方法简单，适合大规模生产，同时分解得到的金属氧化物的助剂作用和未分解基体的锚钉作用能够增强Ni的重整催化活性和抗积碳性能。
3、梯度功能阳极制备工艺与现有的SOFC制备工艺兼容，技术成熟、适合低成本大规模生产，在金属陶瓷材料SOFC阳极使用环境(还原气氛)中发生部分分解反应，分解产物包括产生纳米级金属Ni粒子，是现有的球磨混合烧结电极制备技术难以达到的。
4、匹配重整催化层与电化学反应层之间的热膨胀差异，保持重整催化层结构和附着性。
附图说明
图1为本发明梯度阳极结构示意图；
图2(a)和图2(b)为本发明梯度阳极功能活化过程原理图；
图3为带有梯度功能阳极的SOFC电池以甲烷为燃料的放电稳定性曲线。
具体实施方式
以下结合附图和下述实施方式进一步说明本发明，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。
如图1所示，本发明设计的碳基固体氧化物燃料电池梯度功能阳极，属于燃料电池领域。本发明的梯度功能阳极其结构上包括相互依次叠加的重整催化层、过渡层、电化学反应层功能层。梯度功能阳极为一体化结构，电池反应时碳燃料气体依次经过重整催化层、过渡层和电化学反应层进行反应。
重整催化层材料为含Ni的金属复合氧化物，为LaNi1-xTixO3，LaNi1-xFexO3，LaNi1- xMnxO3，LaNixO3中的至少一种，其中0<x<1。
图2(a)和图2(b)所示为发明梯度阳极功能活化过程。重整催化层其功能是将通入SOFC的含碳燃料重整为H2和CO，从而避免所述电化学反应层直接接触含碳燃料，提高阳极抗积碳能力。重整催化层的材料采用含Ni元素的金属复合氧化物。含Ni金属复合氧化物材料在SOFC阳极气氛(还原性气氛)中能够部分分解，分解产物包括纳米级金属Ni粒子，以及起助剂和载体作用的金属氧化物等。因此所述梯度功能阳极在使用时需经过“活化”过程完成功能化。
电化学反应层的材料为固体氧化物燃料电池SOFC用金属陶瓷材料，包括Ni‐YSZ，Ni‐ScSZ，Ni‐SDC，Ni‐GDC以及Ni‐LSGM中至少一种。电化学反应层厚度为50～1000μm，过渡层厚度为10～100μm，重整催化层厚度为10～100μm。
电化学反应层其功能是提供燃料电池阳极电化学反应的场所，即经过重整催化层反应得到的H2和CO混合气在电化学反应层发生电化学氧化反应释放电子。
过渡层材料为重整催化层材料与SOFC电解质(为YSZ，ScSZ，SDC，GDC以及LSGM中的至少一种，电解质材料YSZ，ScSZ，SDC，GDC以及LSGM中取材种类分别与SOFC用金属陶瓷Ni‐YSZ，Ni‐ScSZ，Ni‐SDC，Ni‐GDC以及Ni‐LSGM中电解质取材种类一一相对应)材料按质量比为1:0.5～6的比例混合材料，两种材料具体比例根据混合物的电导率及两个材料的热膨胀差异匹配，结合实验确定。
过渡层其功能是匹配重整催化层与电化学反应层之间的热膨胀差异，同时保持重整催化层在阳极上的附着。
本发明的梯度功能阳极的素坯制备采用陶瓷膜成型技术(成型技术包括但不限于丝网印刷、浆料浸渍法)，成型后素坯采用两步烧结工艺或共烧结工艺进行烧结成型。具有三维多孔结构；电极反应时含碳燃料气体依次经过重整催化层、过渡层和电化学反应层进行反应。
梯度功能阳极其制备工序按照烧结工艺不同分为两种：
第一种方法为两步烧结成型工艺，其制备工艺过程包含以下步骤：
步骤1：采用传统陶瓷膜成型技术制备电化学反应层的电池素坯，电池素坯为两层，一层为电化学反应层，一层为纯电解质层；其中电化学反应层的原材料采用NiO材料与电解质材料的混合材料，NiO材料与电解质材料质量比为1:0.25～1；
步骤2：电池素坯在空气气氛下室温自然干燥，然后置于高温炉于1350～1450℃空气气氛下烧结3～5小时，降温后得到成型的电池素坯的陶瓷结构；
步骤3：将重整催化层材料、粘结剂、造孔剂混合球磨得到重整催化层丝网印刷浆料；其中重整催化层材料在浆料中的质量百分浓度为40％～80％，造孔剂在浆料中的质量百分浓度为0％～10％；粘结剂在浆料中的质量百分浓度为20％～60％；球磨时间为1h～5h，转速为100转/分钟～2000转/分钟；
步骤4：将过渡层材料、粘结剂、造孔剂混合球磨得到过渡层丝网印刷浆料；其中过渡层材料在浆料中的质量百分浓度为40％～80％，造孔剂在浆料中的质量百分浓度为0％～10％；粘结剂在浆料中的质量百分浓度为20％～60％；球磨时间为1h～5h，转速为100转/分钟～2000转/分钟；
其中，粘结剂为乙基纤维素与松油醇混合物，其中乙基纤维素在粘结剂中质量百分浓度为2％～5％；所述造孔剂为淀粉、石墨粉、炭黑中的一种或者几种组合；
步骤5：然后在步骤2制备好的电化学反应层上采用丝网印刷法制备过渡层，层厚度控制在20～150μm；空气气氛下干燥后在过渡层上丝网印刷重整催化层浆料，层厚度控制在15～150μm；然后空气气氛下干燥；
步骤6：干燥好的电池在1100～1250℃下煅烧3～5h，完成梯度功能阳极制备。
第二种为共烧结成型工艺，其制备工艺过程包含以下步骤：
步骤1：采用传统陶瓷膜成型技术制备电化学反应层的电池素坯，电池素坯为两层，一层为电化学反应层，一层为纯电解质层；其中电化学反应层的原材料采用NiO材料与电解质材料的混合材料，NiO材料与电解质材料质量比为1:0.25～1；
步骤2：在空气气氛下室温自然干燥，得到干燥的电化学反应层的电池素坯；
步骤3：将重整催化层材料、粘结剂、造孔剂混合球磨得到重整催化层丝网印刷浆料；其中重整催化层材料在浆料中的质量百分浓度为40％～80％，造孔剂在浆料中的质量百分浓度为1％～10％；粘结剂在浆料中的质量百分浓度为10％～59％；球磨时间为1h～5h，转速为100转/分钟～2000转/分钟；
步骤4：将过渡层材料、粘结剂、造孔剂混合球磨得到过渡层丝网印刷浆料；其中过渡层材料在浆料中的质量百分浓度为40％～80％，造孔剂在浆料中的质量百分浓度为1％～10％；粘结剂在浆料中的质量百分浓度为19％～59％；球磨时间为1h～5h，转速为100转/分钟～2000转/分钟；
其中，粘结剂为乙基纤维素与松油醇混合物，其中乙基纤维素在粘结剂中质量百分浓度为2％～5％；所述造孔剂为淀粉、石墨粉、炭黑中的一种或者几种组合；
步骤5：然后在步骤2制备好的电化学反应层上采用丝网印刷法制备过渡层，层厚度控制在30～150μm；空气气氛下干燥后在过渡层上丝网印刷重整催化层浆料，层厚度控制在20～150μm；然后空气气氛下干燥；
步骤6：干燥好的电池在1350～1450℃下煅烧3～5h，完成梯度功能阳极制备。
其中，电池首次使用时需要首先活化梯度功能阳极，实施步骤为：
步骤1：将带有梯度功能阳极的SOFC安装好置于高温炉内，阳极侧接入氢气输入与输出管道；
步骤2：在温度升至400℃以上时，开始通入氢气，梯度功能阳极开始还原活化；
步骤3：当温度升至电池工作温度600～900℃，维持炉温不变，待电池开路电池升至1.1V以上时表明阳极活化完毕。
梯度功能阳极的活化过程为重整催化层的含Ni金属复合氧化物材料和电化学反应层中NiO材料在SOFC首次使用时，在阳极还原气氛下，金属复合氧化物分解出带有重整催化活性的纳米级Ni活性位点，以及起助剂和载体作用的金属氧化物，而未分解基体也可起到锚钉活性位点，防止使用中Ni纳米位点的团聚，在保证重整催化性能的同时，提高阳极抗积碳能力；电化学反应层中NiO材料同时也被还原为金属Ni，完成阳极的功能化。
图3所示，从该图中显示带有梯度功能阳极的SOFC电池以甲烷为燃料的放电稳定性曲线。经过近300小时放电，电压曲线随放电时间延长无明显下降，表明了梯度功能阳极在甲烷燃料电池中良好的稳定性。
以下进一步列举出一些示范性的实施例以更好的说明本发明。应理解，本发明详述的上述实施方式，及以下实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，本领域的技术人员根据本发明的上述内容做出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。另外，下述工艺参数中的具体配比、时间、温度等也仅是示例性，本领域技术人员可以在上述限定范围内选择合适的值。
实施例1
共烧结法制备梯度功能阳极
利用传统方法制备带有电化学反应层的平板电池素坯，电池素坯为两层结构，分别为电化学反应层和电解质层，阳极电化学反应层为NiO与YSZ的混合物(NiO与YSZ质量比为1:0.43)，电解质层材料为纯YSZ。电化学反应层素坯厚度约为600～1500μm，电解质层厚度约为40～60μm。在空气气氛下室温自然干燥。
称取两份5g的LaNi0.4Ti0.6O3(LNT)复合金属氧化物粉体和一份25g的YSZ电解质粉体。其中一份LNT粉体加入4g粘结剂和0.25g淀粉造孔剂，球磨后得到重整催化层丝网印刷浆料；一份LNT粉体与称取的YSZ粉体充分混合，然后加入24g粘结剂和1.5g淀粉造孔剂，球磨后得到过渡层丝网印刷浆料；裁取合适面积的电池膜片，利用丝网印刷技术在阳极电化学活性层上印刷过渡层，厚度控制在50～80μm；干燥后在其上印刷重整催化层，厚度控制在30～60μm；干燥后将电池膜片至于高温炉，空气气氛下1400℃煅烧3小时，降温后得到带有梯度功能阳极的电池膜片。
实施例2
利用两步烧结成型法，制备梯度功能阳极
利用传统方法制备带有电化学反应层的平板电池素坯，干燥后待用。电池素坯为两层结构，分别为电化学反应层和电解质层，阳极电化学反应层为NiO与SDC的混合物(NiO与YSZ质量比为1:0.8)，电解质层材料为纯SDC。电化学反应层厚度约为600～1500μm，电解质层厚度约为40～60μm。空气气氛干燥后电池素坯在1350℃下烧结4h，形成电池素坯的陶瓷结构；还可在1450℃下烧结3h形成电池素坯的陶瓷结构。
称取两份5g的LaNi0.4Ti0.6O3(LNT)复合金属氧化物粉体和一份20g的SDC电解质粉体。其中一份LNT粉体加入7.5g粘结剂，球磨后得到重整催化层丝网印刷浆料；另外一份LNT粉体与称取的YSZ粉体充分混合，然后加入37.5g粘结剂，球磨后得到过渡层丝网印刷浆料；裁取合适面积的电池膜片素坯，利用丝网印刷技术在电化学活性层上印刷过渡层，厚度控制在30～50μm；干燥后在其上印刷重整催化层，厚度控制在20～40μm；在空气气氛下室温自然干燥，干燥后将电池膜片至于高温炉，空气气氛下1250℃煅烧4小时，降温后得到带有梯度功能阳极的电池膜片。电池膜片还可以在高温炉中空气气氛下1100℃煅烧5小时，或在高温炉中空气气氛下1200℃煅烧3小时。
下面分别给出共烧结法和两步烧结成型工艺制备梯度功能阳极的不同实施例。具体见表1。
表1 制备梯度功能阳极实施例1-5：
实施例3
梯度功能阳极性能测试
裁取直接约为1cm的圆形梯度功能阳极的电池膜片，在其电解质侧丝网印刷LSM(锰酸锶镧)‐YSZ复合阴极，置于高温炉1200℃煅烧3小时，降温后得到SOFC单电池。将单电池放置于电池性能测试装置中，升温至400℃时开始通入氢气(氢气流量50sccm)，待温度升至750℃，观察电池开路电压高于1.1V时，切换至甲烷气体(甲烷流量50sccm)，甲烷经过室温洗气瓶加湿，水蒸气含量约为3％；待开路电压温度后开始测试电池放电性能，记录电池电压随时间变化曲线，表征电池在含碳燃料中的稳定性。附图3为该电池放电电压随时间变化曲线，放电电流为400mA cm‐2。可以看出，经过近300小时放电，电压曲线下降不明显，表明电池良好的稳定性，进而说明梯度功能阳极的在甲烷燃料中的稳定性。
本发明不限于上述丝网印刷法制备梯度功能阳极，还包括浆料浸渍法等工艺方法。
其中，浆料浸渍法中，按照传统的工艺方法进行(配料→混合→制浆→排气→浸渍→干燥→预烧→烧成)，制备出梯度功能阳极。
浆料浸渍法中，过渡层浆料的调制按照上述重整催化层材料与SOFC电解质按照质量比为1:0.1～0.5的比例配料。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种碳基固体氧化物燃料电池用梯度功能阳极，其特征在于，该阳极结构上包括相互依次叠加的重整催化层、过渡层和电化学反应层；
所述重整催化层的材料为含Ni的金属复合氧化物；
所述过渡层的材料为重整催化层材料与电解质的混合材料；
所述电化学反应层材料为固体氧化物燃料电池用金属陶瓷；
所述含Ni的金属复合氧化物，为LaNi1-xTixO3，LaNi1-xFexO3，LaNi1-xMnxO3，LaNiO3中的至少一种，其中0<x<1；
采用传统陶瓷膜成型技术制备带有电化学反应层的电池素坯，在电化学反应层上采用丝网印刷法、浆料浸渍法中的一种依次制备过渡层和重整催化层，最后采用共烧结工艺或两步烧结工艺进行烧结成型。
2.根据权利要求1所述的碳基固体氧化物燃料电池用梯度功能阳极，其特征在于，所述固体氧化物燃料电池用金属陶瓷，包括Ni‐YSZ，Ni‐ScSZ，Ni‐SDC，Ni‐GDC以及Ni‐LSGM中至少一种。
3.根据权利要求1所述的碳基固体氧化物燃料电池用梯度功能阳极，其特征在于，所述过渡层的材料中电解质材料为YSZ，ScSZ，SDC，GDC以及LSGM中的至少一种；
所述电解质材料YSZ，ScSZ，SDC，GDC以及LSGM中取材种类分别与固体氧化物燃料电池用金属陶瓷Ni‐YSZ，Ni‐ScSZ，Ni‐SDC，Ni‐GDC以及Ni‐LSGM中电解质取材种类相对应。
4.根据权利要求1所述的碳基固体氧化物燃料电池用梯度功能阳极，其特征在于，所述重整催化层材料与电解质材料按照质量比为1:0.5～6的比例混合。
5.根据权利要求1所述的碳基固体氧化物燃料电池用梯度功能阳极，其特征在于，所述电化学反应层厚度为50～1000μm，过渡层厚度为10～100μm，重整催化层厚度为10～100μm。
6.一种基于权利要求1‐5任一项所述的碳基固体氧化物燃料电池用梯度功能阳极的制备方法，其特征在于：所述梯度功能阳极采用共烧结成型工艺，包括下述步骤：
步骤1：采用传统陶瓷膜成型技术制备电化学反应层的电池素坯，电池素坯为两层，一层为电化学反应层，一层为纯电解质层；其中电化学反应层的原材料采用NiO材料与电解质材料的混合材料，NiO材料与电解质材料质量比为1:0.25～1；
步骤2：在空气气氛下室温自然干燥，得到干燥的电化学反应层的电池素坯；
步骤3：将重整催化层材料、粘结剂、造孔剂混合球磨得到重整催化层丝网印刷浆料；其中重整催化层材料在浆料中的质量百分浓度为40％～80％，造孔剂在浆料中的质量百分浓度为1％～10％；粘结剂在浆料中的质量百分浓度为19％～59％；
步骤4：将过渡层材料、粘结剂、造孔剂混合球磨得到过渡层丝网印刷浆料；其中过渡层材料在浆料中的质量百分浓度为40％～80％，造孔剂在浆料中的质量百分浓度为1％～10％；粘结剂在浆料中的质量百分浓度为19％～59％；
所述粘结剂为乙基纤维素与松油醇混合物，其中乙基纤维素在粘结剂中质量百分浓度为2％～5％；所述造孔剂为淀粉、石墨粉、炭黑中的一种或者几种组合；
步骤5：然后在步骤2制备好的电化学反应层上采用丝网印刷法制备过渡层，层厚度控制在30～150μm；空气气氛下干燥后在过渡层上丝网印刷重整催化层浆料，层厚度控制在20～150μm；然后空气气氛下干燥；
步骤6：干燥好的电池在1350～1450℃下煅烧3～5h，完成梯度功能阳极制备。
7.一种基于权利要求1‐5任一项所述的碳基固体氧化物燃料电池用梯度功能阳极的制备方法，其特征在于：所述梯度功能阳极采用两步烧结成型工艺，包括下述步骤：
步骤1：采用传统陶瓷膜成型技术制备电化学反应层的电池素坯，电池素坯为两层，一层为电化学反应层，一层为纯电解质层；其中电化学反应层的原材料采用NiO材料与电解质材料的混合材料，NiO材料与电解质材料质量比为1:0.25～1；
步骤2：电池素坯在空气气氛下室温自然干燥，然后置于高温炉于1350～1450℃空气气氛下烧结3～5小时，降温后得到成型的电池素坯的陶瓷结构；
步骤3：将重整催化层材料、粘结剂、造孔剂混合球磨得到重整催化层丝网印刷浆料；其中重整催化层材料在浆料中的质量百分浓度为40％～80％，造孔剂在浆料中的质量百分浓度为0～10％；粘结剂在浆料中的质量百分浓度为20％～60％；
步骤4：将过渡层材料、粘结剂、造孔剂混合球磨得到过渡层丝网印刷浆料；其中过渡层材料在浆料中的质量百分浓度为40％～80％，造孔剂在浆料中的质量百分浓度为0～10％；粘结剂在浆料中的质量百分浓度为20％～60％；
所述粘结剂为乙基纤维素与松油醇混合物，其中乙基纤维素在粘结剂中质量百分浓度为2％～5％；所述造孔剂为淀粉、石墨粉、炭黑中的一种或者几种组合；
步骤5：然后在步骤2制备好的电化学反应层上采用丝网印刷法制备过渡层，层厚度控制在20～150μm；空气气氛下干燥后在过渡层上丝网印刷重整催化层浆料，层厚度控制在15～150μm；然后空气气氛下干燥；
步骤6：干燥好的电池在1100～1250℃下煅烧3～5h，完成梯度功能阳极制备。
8.一种基于权利要求1‐5任一项所述的碳基固体氧化物燃料电池用梯度功能阳极的活化方法，其特征在于：活化梯度功能阳极，实施步骤为：
步骤1：将带有梯度功能阳极的SOFC安装好置于高温炉内，阳极侧接入氢气输入与输出管道；
步骤2：在温度升至400℃以上时，开始通入氢气，梯度功能阳极开始还原活化；
步骤3：当温度升至电池工作温度600～900℃，维持炉温不变，待电池开路电池升至1.1V以上时，至此阳极活化完毕。
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