TW202328499A - 包含耐電解之空氣側電極的固體氧化物電解電池 - Google Patents

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Abstract

一種固體氧化物電解電池(SOEC)包含：固體氧化物電解質；燃料側電極，其安置在該電解質之燃料側上；及空氣側電極，其安置在該電解質之空氣側上。該空氣側電極包含：阻障層，其安置在該電解質之該空氣側上且包含第一摻雜氧化鈰材料；及功能層，其安置在該阻障層上且包含導電材料及第二摻雜氧化鈰材料。

Description

包含耐電解之空氣側電極的固體氧化物電解電池
本發明大體上係關於固體氧化物電解電池，且具體言之，本發明係關於包含耐電解之空氣側電極的電解電池。
固體氧化物可逆燃料電池(SORFC)系統可在燃料電池模式中操作以藉由氧化燃料來發電。SORFC系統亦可在電解模式中操作以藉由電解水來產生氫氣。然而，先前技術之SORFC可由於在電解過程期間可能發生之電池電壓增加而經受空氣側電極劣化。
根據各種實施例，一種固體氧化物電解電池(SOEC)包括：固體氧化物電解質；燃料側電極，其安置在該電解質之燃料側上；及空氣側電極，其安置在該電解質之空氣側上。該空氣側電極包括：阻障層，其安置在該電解質之該空氣側上且包括第一摻雜氧化鈰材料；及功能層，其安置在該阻障層上且包括導電材料及第二摻雜氧化鈰材料。
將參考附圖詳細地描述各種實施例。該等附圖中全圖將盡可能使用相同參考數字指代相同或類似部件。引用特定實例及實施方案係出於說明性目的，並無意限制本發明或隨附發明申請專利範圍之範疇。
應瞭解，當一元件或層被稱為「在另一元件或層上」或「連接至另一元件或層」時，其可直接在該另一元件或層上或直接連接至該另一元件或層，或可存在中介元件或層。相反，當一元件被稱為「直接在另一元件或層上」或「直接連接至另一元件或層」時，不存在中介元件或層。應瞭解，出於本發明之目的，「X、Y及Z之至少一者」可解釋為僅X、僅Y、僅Z，或X、Y及Z之兩個或更多個項之任何組合(例如，XYZ、XYY、YZ、ZZ)。
在提供值範圍的情況下，應瞭解，除非內文另有明確規定，否則該範圍之上限與下限之間之各中介值至下限單位之十分之一及該所述範圍內之任何其他所述值或中介值涵蓋在本發明內。此等較小範圍之上限及下限可獨立地包含在該等較小範圍內，且亦被涵蓋在本發明內，服從在該所述範圍內之任何特定排除的限制。在該所述範圍包含該等限制之一者或兩者的情況下，排除彼等所包含限制之任一者或兩者的範圍亦被包含在本發明中。亦應瞭解，術語「約」可指例如5至10%之微小測量誤差。此外，如本文中所使用之重量百分比(wt.%)及原子百分比(at.%)分別係指對應組合物之總重量之百分比或原子總數之百分比。
諸如「此後」、「接著」、「接下來」等之詞語不一定意欲限制步驟之順序；此等詞語可用於引導讀者瞭解關於方法之描述。此外，例如使用冠詞「一」、「一個」或「該」對呈單數形式之請求項元件之任何引用不應解釋為將該元件限於單數形式。
如本文中所使用，術語「電解電池堆疊」意謂可視需要共用同一進水口及排放通道或立管之複數個堆疊式電解電池。如本文中所用，「電解電池堆疊」包含不同電實體，該電實體含有直接連接至電力調節設備及該堆疊之電力(即，電)輸入之兩個端板，或包括含有提供電輸入之端子板之電解電池柱的一部分。
圖1A係根據本發明之各種實施例之電解電池堆疊100的透視圖，且圖1B係該堆疊100之一部分的截面圖。參考圖1A及圖1B，堆疊100可為包含藉由互連件10分離之固體氧化物電解電池1的固體氧化物電解電池(SOEC)堆疊。參考圖1B，各電解電池1包括空氣側電極3、固體氧化物電解質5及燃料側電極7。
電解電池堆疊通常由呈平面元件、管道或其他幾何形狀之形式之多個電解電池1構成。儘管圖1A中之電解電池堆疊100係垂直定向的，但電解電池堆疊亦可水平定向或沿任何其他方向定向。例如，水可透過形成於各互連件10及電解電池1中之水導管22 (例如，水立管開口)提供，而氧氣可自該堆疊之在該等互連件10的空氣側肋之間的側提供。
各互連件10電連接堆疊100中的鄰近電解電池1。特定言之，互連件10可將一個電解電池1之燃料側電極7電連接至鄰近電解電池1之空氣側電極3。圖1B展示下電解電池1位於兩個互連件10之間。Ni網(未展示)可用於將互連件10電連接至鄰近電解電池1之燃料側電極7。
各互連件10包含至少部分界定燃料通道8A之燃料側肋12A及至少部分界定氧化劑(例如，空氣)通道8B之空氣側肋12B。互連件10可操作為分離器，其將流動至該堆疊中之一個電池1之燃料側電極的水與自該堆疊中之鄰近電池1之空氣側電極流動的氧氣分離。在該堆疊100之任一端處，可存在空氣端板或燃料端板(未展示)。
各互連件10可由導電材料製成或可含有導電材料，諸如金屬合金(例如，鉻鐵合金)，該導電材料具有與電池中之固體氧化物電解質之熱膨脹係數類似的熱膨脹係數(例如，相差0至10%)。例如，該等互連件10可包括金屬(例如，鉻鐵合金，諸如4至6重量百分比之鐵(例如，5 wt.%之鐵)、視需要1或更小重量百分比之釔及餘量的鉻合金)，且可將一個電解電池1之燃料側電極7電連接至鄰近電解電池1之空氣側電極3。
圖2A係根據本發明之各種實施例之互連件10之空氣側的俯視圖，且圖2B係互連件10之燃料側的俯視圖。參考圖1B及圖2A，該空氣側包含自互連件10之相對之第一及第二邊緣延伸的空氣通道8B。氧氣自鄰近電解電池1之空氣側電極3流過該等空氣通道8B。環形密封件20可環繞互連件10之燃料孔22A、22B，以防止水接觸空氣側電極3。條形週邊密封件24位於互連件10之空氣側的週邊部分上。密封件20、24可由玻璃或玻璃陶瓷材料形成。週邊部分可為不包含肋或通道之升高平台。週邊區之表面可與肋12B之頂部共面。
參考圖1B及圖2B，互連件10之燃料側可包含燃料通道8A及燃料歧管28。水自燃料孔22A中之一者(例如，形成燃料入口立管之部分之入口燃料孔)流入鄰近歧管28，通過燃料通道8A，並到鄰近電解電池1的燃料側電極7。過量水可流入另一燃料歧管28且接著流入出口燃料孔22B。框架密封件26安置在互連件10之燃料側的週邊區上。週邊區可為不包含肋或通道之升高平台。週邊區之表面可與肋12A之頂部共面。
圖3A係根據本發明之各種實施例之電解電池1之空氣側的平面視圖，且圖3B係電解電池1之燃料側的平面視圖。參考圖1A、圖2A、圖3A及圖3B，電解電池1可包含入口燃料孔22A、出口燃料孔22B、電解質5及空氣側電極3。空氣側電極3可安置在電解質5之空氣側上。燃料側電極7可安置在電解質5之相對燃料(例如，水)側上。
燃料孔22A、22B可延伸穿過電解質5且可經佈置以在組裝於電解電池堆疊100中時與互連件10之燃料孔22A、22B重疊。空氣側電極3可印刷在電解質5上以免當組裝於電解電池堆疊100中時與環形密封件20及週邊密封件24重疊。燃料側電極7可具有與空氣側電極3類似之形狀。燃料側電極7可經安置以免在組裝於堆疊100中時與框架密封件26重疊。換言之，電極3及7可自電解質5之邊緣凹陷，使得電解質5之對應邊緣區可直接接觸對應密封件20、24、26。
在一個實施例中，該電解電池堆疊100僅可在電解模式中操作。因此，該電解電池堆疊100不在燃料電池模式中操作以自分別提供至燃料側及空氣側電極之燃料及空氣發電。替代地，該電解電池堆疊100可包括固體氧化物再生(即，可逆)燃料電池(SORFC)堆疊。SORFC可在燃料電池(FC)模式(例如，發電模式)中操作，以便自分別提供至燃料側及空氣側電極之燃料及空氣發電，且可在電解電池(EC)模式(例如，電解模式)中操作，以便自提供至燃料側電極7之水產生氫氣及氧氣。在FC模式中，氧離子自SORFC之空氣側(例如，陰極)電極3輸送至燃料側(例如，陽極)電極7以氧化燃料(例如，氫氣及/或碳氫燃料，諸如天然氣)並發電。在EC模式中，正電位施加到電池之空氣側，且氧離子自燃料側電極7處之水透過電解質5輸送至空氣側電極3。因此，水在燃料側電極7處電解成氫氣且在空氣側電極3處電解成氧氣。
SORFC之空氣側電極3及燃料側電極7在FC模式期間分別操作為陰極及陽極，且在EC模式期間分別操作為陽極及陰極(即，FC模式陰極係EC模式陽極，且FC模式陽極係EC模式陰極)。因此，本文中所描述之SORFC可被稱為具有空氣側電極及燃料側電極。
在EC模式期間，燃料流中之水經還原(H 2O + 2e→O 2 -+ H 2)以形成H 2氣體及O 2 -離子，O 2 -離子經輸送通過固體電解質，且接著在空氣側電極上經氧化(O 2 -氧化成O 2)以產生分子氧。由於使用空氣及濕燃料(例如，氫氣及/或重整天然氣)操作之SORFC之開路電壓可自約0.9至1.0 V (取決於水含量)，在EC模式中施加至空氣側電極之正電壓將電池電壓增加至自約1.1至1.3 V的典型操作電壓。在恆定電流模式中，若電池劣化，則電池電壓可隨時間增加，其可由歐姆源及電極極化兩者造成。
最先進的固體氧化物電解電池及SORFC遇到之主要障礙之一係空氣電極在高電流密度下的脫層。脫層之程度隨著電流密度及氧化物離子輸送通量而增加。不希望受特定理論束縛，據信脫層可由電解質/陰極介面處之氧氣析出引起，其可導致造成空氣電極脫層之高電壓。
圖4係展示在高電流密度下以電解模式長時間操作固體氧化物電解電池之後之空氣電極3脫層的照片。如圖4中所示，該空氣側電極3可與下層電解質5分離，如由兩者之間之黑色區域所指示。
圖5係根據本發明之各種實施例之包含耐電解固體氧化物電解電池502之電解電池堆疊500的橫截面視圖。該電解電池堆疊500與圖1A至圖3B之堆疊100類似。因此，將僅詳細地論述兩者之間的差異。
參考圖5，該電解電池堆疊500可包含安置在互連件10之間之至少一個電解電池502。該電解電池502可僅在電解模式中操作(例如，該電池可包括固體氧化物電解電池(SOEC))，或可在燃料電池及電解模式兩者中操作(例如，電解電池502可包括SORFC)。該電解電池502包含固體氧化物電解質5、安置在該電解質5之空氣側上之空氣側電極3及安置在該電解質5之燃料側上之燃料側電極7。在燃料電池模式中，空氣可藉由空氣通道8B提供至空氣側電極3，且在燃料電池模式中，燃料可藉由燃料通道8A提供至燃料側電極7，而在電解模式中，水可藉由燃料通道8A提供至燃料側電極7。
各種材料可用於固體氧化物電解質5、燃料側電極7及空氣側電極3。在各種實施例中，該電解質5可包含離子導電材料或相，諸如穩定氧化鋯，例如氧化鈧穩定氧化鋯(SSZ)、氧化釔穩定氧化鋯(YSZ)、氧化鈧-氧化鈰穩定氧化鋯(SCSZ)、氧化鈧-氧化鈰-氧化釔穩定氧化鋯(SCYSZ)、氧化鈧-氧化鈰-氧化鐿穩定氧化鋯(SCYbSZ)或類似物。替代地，該電解質5可包括另一離子導電材料，諸如摻雜氧化鈰，例如氧化釤摻雜氧化鈰(SDC)、氧化釓摻雜氧化鈰(GDC)或氧化釔摻雜氧化鈰(YDC)。在一些實施例中，該電解質5可包括由下式表示之材料：(ZrO 2) 1‑w‑x‑z(Sc 2O 3) w(CeO 2) x(Y 2O 3) a(Yb 2O 3) b，其中0.09≤w≤0.11，0＜x≤0.0125，a+b=z，且0.0025≤z≤0.0125。在一些實施例中，該電解質5可包括(ZrO 2) 0.88(Sc 2O 3) 0.1(CeO 2) 0.01(Yb 2O 3) 0.01或(ZrO 2) 0.88(Sc 2O 3) 0.1(CeO 2) 0.01(Y 2O 3) 0.01。替代地，該電解質5可包括(ZrO 2) 0.89(Sc 2O 3) 0.1(CeO 2) 0.01。
燃料側電極7可包括金屬陶瓷層，該金屬陶瓷層包括含金屬相及陶瓷相。含金屬相可包含操作為電子導體之金屬觸媒，諸如鎳(Ni)、鈷(Co)、銅(Cu)、其合金或類似物。金屬觸媒可呈金屬態或可呈氧化物態。例如，金屬觸媒在其呈氧化狀態時形成金屬氧化物。因此，該燃料側電極7可在電解電池1之操作之前在還原氣氛中退火，以將經氧化金屬觸媒還原成金屬態。
含金屬相可完全由呈還原狀態之鎳組成。此含鎳相可在其呈氧化狀態時形成氧化鎳。因此，該燃料側電極7較佳在操作之前在還原氣氛中退火以將氧化鎳還原成鎳。
該燃料側電極7之陶瓷相可包括但不限於氧化釓摻雜氧化鈰(GDC)、氧化釤摻雜氧化鈰(SDC)、氧化鐿摻雜氧化鈰(YDC)、氧化鈧穩定氧化鋯(SSZ)、氧化鐿-氧化鈰-氧化鈧穩定氧化鋯(YbCSSZ)或類似物。在YbCSSZ中，氧化鈧可以等於9至11 mol%，諸如10 mol%之量存在，氧化鈰可以大於0 (例如，至少0.5 mol%)且等於或小於2.5 mol%，諸如1 mol%之量存在，且氧化釔及氧化鐿之至少一者可以大於0且等於或小於2.5 mol%，諸如1 mol%之量存在，如在美國專利第8,580,456號中所揭示，該案以引用的方式併入本文中。
此外，若期望，則可在燃料側電極7上方放置額外接觸層或集電器層。例如，可在燃料側電極7上形成Ni或氧化鎳陽極接觸層。
該空氣側電極3可包含直接安置在電解質5之空氣側上的阻障層30、安置在該阻障層30上之功能層32及安置在該功能層32上之可選集電器層34。因此，該功能層32位於該阻障層30與該集電器層34之間。
阻障層30可燒結至電解質5之空氣側。該阻障層30可包括摻雜氧化鈰材料、基本上由摻雜氧化鈰材料組成，或由摻雜氧化鈰材料組成。例如，該阻障層可包括基於該阻障層30之總重量自約95重量百分比(wt.%)至約100 wt.%的摻雜氧化鈰材料。該摻雜氧化鈰材料可包含釤摻雜氧化鈰(SDC)及/或釓摻雜氧化鈰(GDC)。
SDC可由下式表示：Ce 1-xSm xO 2-d，其中x係在自0.1至0.3的範圍內。例如，特定SDC材料可由下式表示：Ce 0.8Sm 0.2O 2-d、Ce 0.9Sm 0.1O 2-d及Ce 0.7Sm 0.3O 2-d，其中d係在自0至0.2，諸如自0至0.1的範圍內。
GDC可由式Ce 1-xGd xO 2-d表示，其中x係在自0.1至0.3的範圍內且d係在自0至0.2，諸如自0至0.1的範圍內。例如，特定GDC材料可由下式表示：Ce 0.9Gd 0.1O 2-d、Ce 0.8Gd 0.2O 2-d及Ce 0.7Gd 0.3O 2-d，其中d係在自0至0.2，諸如自0至0.1的範圍內。
功能層32可包含導電材料及摻雜氧化鈰材料之混合物。該導電材料可包括導電鈣鈦礦材料，諸如鑭鍶錳酸鹽(LSM)、鑭鍶鈷鐵氧體(LSCF)、鑭鍶鈷酸鹽(LSC)、鑭鍶鈷錳酸鹽(LSCM)、鑭鍶鐵氧體(LSF)、La 0.85Sr 0.15Cr 0.9Ni 0.1O 3(LSCN)、其組合或類似物。在一些實施例中，該導電材料可較佳包括LSM及/或LSCF。替代地，該導電材料可包括金屬，諸如鉑。例如，該功能層32可包含自約10 wt.%至約90 wt.%之上述導電材料，及自約10 wt.%至約90 wt.%之摻雜氧化鈰材料。
在各種實施例中，功能層可包含LSM作為導電材料。LSM可由下式表示：(La 1-zSr z) qMnO 3-d，其中z係在自0.1至0.4的範圍內，q係在自0.94至1，諸如0.96至1的範圍內，且d係在自0至0.2的範圍內。例如，LSM可包括La 0.8Sr 0.2MnO 3-d或A位點缺陷型LSM，諸如(La 0.8Sr 0.2)0.98MnO 3-d，其中d係在自0至0.1的範圍內。
在一些實施例中，該功能層可包含LSCF作為導電材料。LSCF可由下式表示：(La xSr 1-x) yCo zFe 1-zO 3-δ，其中x係在自0.4至0.8的範圍內，y係在自0.94至1.0的範圍內，z係在自0.01至0.99的範圍內，且δ係在自0至0.1的範圍內之平衡缺氧量。例如，LSCF可包括La 0.58Sr 0.4Co 0.2Fe 0.8O 3-δ、(La 0.6Sr 0.4) 0.98Co 0.2Fe 0.8O 3-δ或(La 0.6Sr 0.4) 0.95Co 0.2Fe 0.8O 3-δ，其中δ係平衡缺氧量。
該阻障層30及該功能層32可包含相同的摻雜氧化鈰材料或不同的摻雜氧化鈰材料。例如，該阻障層30可包含GDC且該功能層32可包含LSM及GDC，或LSM及SDC。在其他實施例中，該阻障層30可包含SDC且該功能層32可包含LSM及SDC，或LSM及GDC。在其他實施例中，該阻障層可包含SDC且該功能層可包含LSCF及SDC，或LSCF及GDC。
雖然不希望受特定理論的束縛，但據信該阻障層30之氧化鈰相之混合氧化物離子及電子傳導降低阻障層30與功能層32之間的介面處的過電位。過電位之降低可抑制空氣側電極3自電解質5脫層。
該集電器層34可包含導電材料，諸如導電金屬氧化物，諸如LSM。然而，亦可使用其他導電鈣鈦礦(諸如LSC、LSCM、LSCF、LSF、LSCN等)或金屬(諸如Pt)。
圖6A係展示實施例SOEC堆疊中之第一實施例SOEC電池及第二實施例SOEC電池在壽命開始與17個電流操作循環之間的電壓變化的圖表。圖6B係展示在類似條件下之比較性SOEC堆疊中之比較性SOEC電池在壽命開始與17個電流操作循環之間的電壓變化的圖表。兩個圖中之y軸係以伏特為單位的電壓變化，且x軸係各自堆疊中之SOEC電池的編號。
參考圖6A及圖6B，第一及第二實施例SOEC電池具有類似配置，不同之處在於該第一實施例SOEC電池含有SDC阻障層30及GDC/LSM陰極功能層32，而該第二實施例SOEC電池含有SDC阻障層30及SDC/LSM陰極功能層32。該等比較性SOEC電池不包含阻障層30及包括YSZ/LSM的陰極功能層。
參考圖6A及圖6B，較高之電池電壓差指示較高之電池過電位，及因此較高之陰極劣化。如在圖表中可看出，比較性SOEC電池經歷更高之電池電壓差(及因此電池過電位增加)，而實施例電池展現顯著更低之電池電壓差。因此，摻雜氧化鈰基阻障層及陰極功能層材料提供對電池過電位之出乎意料的改進保護，其有望減少脫層及/或總體陰極劣化。
儘管前文提及特定較佳實施例，但應瞭解，本發明不限於此。一般技術人員將想到，可對所揭示實施例進行各種修改且此等修改意在落入本發明之範疇內。本文中所引用之所有公開案、專利申請案及專利之全文以引入的方式併入本文中。
1:電解電池 3:空氣側電極 5:固體氧化物電解質 7:燃料側電極 8A:燃料通道 8B:空氣通道 10:互連件 12A:燃料側肋 12B:空氣側肋 20:環形密封件 22:水導管 22A:入口燃料孔 22B:出口燃料孔 24:條形週邊密封件 26:框架密封件 28:燃料歧管 30:阻障層 32:功能層 34:集電器層 100:電解電池堆疊 500:電解電池堆疊 502:耐電解固體氧化物電解電池
圖1A係根據本發明之各種實施例之SOEC堆疊的透視圖。
圖1B係圖1A之堆疊之一部分的橫截面視圖。
圖2A係根據本發明之各種實施例之互連件之空氣側的平面視圖。
圖2B係圖2A之互連件之燃料側的平面視圖。
圖3A係根據本發明之各種實施例之SOEC電池之空氣側的平面視圖。
圖3B係圖3A之SOEC電池之燃料側的平面視圖。
圖4係展示空氣電極脫層的照片。
圖5係根據本發明之各種實施例之包含耐電解SOEC電池之SOEC堆疊的橫截面視圖。
圖6A係展示根據本發明之各種實施例之SOEC電池之空氣電極的劣化速率的圖表。
圖6B係展示比較性SOEC電池之劣化速率的圖表。
8B:空氣通道
10:互連件
20:環形密封件
22A:入口燃料孔
22B:出口燃料孔
24:密封件

Claims (20)

  1. 一種固體氧化物電解電池(SOEC)，其包括： 固體氧化物電解質； 燃料側電極，其安置在該電解質之燃料側上；及 空氣側電極，其安置在該電解質之空氣側上，該空氣側電極包括： 阻障層，其安置在該電解質之該空氣側上且包括第一摻雜氧化鈰材料；及 功能層，其安置在該阻障層上且包括導電材料及第二摻雜氧化鈰材料。
  2. 如請求項1之SOEC，其中該等第一及第二摻雜氧化鈰材料獨立地選自釤摻雜氧化鈰(SDC)材料及釓摻雜氧化鈰(GDC)材料。
  3. 如請求項2之SOEC，其中： 該阻障層包括該SDC材料；且 該SDC材料由式Ce 1-xSm xO 2-d表示，其中x係在自0.1至0.3之範圍內，且d係在自0至0.2之範圍內。
  4. 如請求項3之SOEC，其中該功能層包括該SDC材料。
  5. 如請求項3之SOEC，其中： 該功能層包括該GDC材料；且 該GDC材料由式Ce 1-yGd yO 2-d表示，其中y係在自0.1至0.3之範圍內，且d係在自0至0.2之範圍內。
  6. 如請求項3之SOEC，其中該SDC材料包括Ce 0.8Sm 0.2O 2-d、Ce 0.9Sm 0.1O 2-d或Ce 0.7Sm 0.3O 2-d，其中d係在自0至0.1之範圍內。
  7. 如請求項2之SOEC，其中： 該阻障層包括該GDC材料；且 該GDC材料由式Ce 1-yGd yO 2-d表示，其中y係在自0.1至0.3之範圍內，且d係在自0至0.2之範圍內。
  8. 如請求項7之SOEC，其中該功能層包括該GDC材料。
  9. 如請求項7之SOEC，其中： 該功能層包括該SDC材料；且 該SDC材料由式Ce 1-xSm xO 2-d表示，其中x係在自0.1至0.3之範圍內，且d係在自0至0.2之範圍內。
  10. 如請求項7之SOEC，其中該GDC材料包括Ce 0.9Gd 0.1O 2-d、Ce 0.8Gd 0.2O 2-d或Ce 0.7Gd 0.3O 2-d，其中d係在自0至0.1之範圍內。
  11. 如請求項2之SOEC，其中該導電材料包括由式(La 1-zSr z) qMnO 3-d表示之鑭鍶錳酸鹽(LSM)，其中z係在自0.1至0.4之範圍內，q係在自0.94至1之範圍內，且d係在自0至0.2之範圍內。
  12. 如請求項11之SOEC，其中該LSM包括La 0.8Sr 0.2MnO 3-d或(La 0.8Sr 0.2) 0.98MnO 3-d，其中d係在自0至0.1之範圍內。
  13. 如請求項2之SOEC，其中該導電材料包括由式(La xSr 1-x) yCo zFe 1-zO 3-δ表示之鑭鍶鈷鐵氧體(LSCF)，其中x係在自0.4至0.8之範圍內，y係在自0.94至1.0之範圍內，z係在自0.01至0.99之範圍內，且δ係在自0至0.1之範圍內的平衡缺氧量。
  14. 如請求項13之SOEC，其中該LSCF包括La 0.58Sr 0.4Co 0.2Fe 0.8O 3-δ。
  15. 如請求項13之SOEC，其中該LSCF包括(La 0.6Sr 0.4) 0.98Co 0.2Fe 0.8O 3-δ。
  16. 如請求項13之SOEC，其中該LSCF包括(La 0.6Sr 0.4) 0.95Co 0.2Fe 0.8O 3-δ。
  17. 如請求項2之SOEC，其中： 該功能層包括至少10重量百分比(wt.%)之該導電材料及至少10 wt.%之該第二摻雜氧化鈰材料；且 該阻障層包括至少95原子百分比之該SDC材料或該GDC材料之至少一者。
  18. 如請求項1之SOEC，其中： 該空氣側電極進一步包括位於該功能層上之導電接觸層；且 該SOEC包括經配置以在燃料電池模式及電解模式中交替地操作之固體氧化物再生燃料電池。
  19. 如請求項1之SOEC，其中： 該固體氧化物電解質包括穩定氧化鋯材料；且 該燃料側電極包括金屬陶瓷，該金屬陶瓷包括含鎳相及含摻雜氧化鈰相。
  20. 一種固體氧化物電解電池(SOEC)堆疊，其包括： 互連件；及 如請求項1之複數個SOEC，其藉由該等互連件分離， 其中該SOEC堆疊經配置以在燃料電池模式及電解模式中交替地操作。
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