电解质是电池核心，电解质的性能直接决定电池工作温度和性能，是研制SOFC首先需要
解决的问题。
SOFC电解质的常用材料是氧化锆（ZrO2），但纯氧化锆在1000℃时电导率很低，10-7S
·cm-1，接近于绝缘物质，氧离子导电性很差，一般采用掺杂的办法来提高其导电性，
掺杂材料主要有CaO，MgO，Sc2O3，Y2O3和某些稀土氧化物。尽管氧化钇掺杂的氧化锆
（Yttria-Stabilized Zirconia，YSZ）导电能力不是最高，但其抗氧化还原的稳定性
好，价廉易得，并且在高温下具有足够高的氧离子导电率，良好的化学稳定性和机械性
能，因而被广泛应用于制备SOFC的电解质薄膜。作为一种实用的电解质薄膜，除了要求
有足够高的氧离子电导率外，还要求有良好的气密性，以起到既传导氧离子又分离空气
，燃料的作用。
探索中温运行的SOFC电解质可以推进SOFC的商业化进程，其手段之一是选择合理的电解
质组成和配比，手段之二是优化制备工艺从而降低电解质薄膜的厚度。
电解质主要制备方法
根据前驱体所处的不同状态，YSZ电解质薄膜制备方法大体上可以分为三类：气相法、
液相法和固相法。以下以表格形式介绍上述3种方法的主要特点：
方法 薄膜厚度 优点 缺点
气相法 化学气相沉积－电化学气相沉积（CVD－EVD） 极化电化学气相沉积PEVD法1μm
方法成熟
商业化应用
适用于管式 沉积速度慢、生产成本高
溅射涂层法 2μm 致密
沉积装置简单
原料易得
成本低 沉积速度慢
薄膜质量差
脉冲激光沉积法 1～2μm 沉积多组份复合物时能保证其化学计量比和膜组成的均一性
适用沉积高熔点金属及其氧化物 速度慢
成膜质量差
需要特殊的设备和高真空
生产成本高
液相法 溶胶－凝胶法 几个μm 加工温度低
组成均匀
大面积基质上成型
成本低
减少加工工序 多次重复涂膜、预烧
费时费力
成膜效率低
喷雾热解法 几十μm 设备简单、廉价
成本低
成膜面积大、膜厚均匀、成膜速率快、膜厚易控
适用于制备大型平板SOFC的电解质薄膜 喷雾热解的速率一般比较低
固相法 电泳沉积法 十μm 设备简单、成本低
复杂形状电极上成型
成膜快、大规模加工
膜厚均匀、易控
料液循环利用，无污染 重复操作
沉积、煅烧循环次数多
沉积层中粉末团聚严重，烧结后团聚体之间的空隙较大
泥浆涂敷法 几μm 成本低、操作简单
多孔管状电极基质上涂敷YSZ电解质薄膜 表面收缩大
易开裂
溶剂蒸发时表面和内部易出现气孔和针眼
流涎成型法 十μm 操作简单
成本低
薄膜均一性好 气密性较差
SOFC电解质中国专利申请/授权情况
SOFC电解质国内研究情况，类似于SOFC，申请人也是科研院所和高等院校。
1、国内机构申请/授权
这里作者介绍一些已经公开的国内机构申请的发明专利：
1）一种固体氧化物燃料电池用氧化锆电解质薄膜材料和其制备方法
出处：CN1469501A （申请日：2002年9月9日 授权公告日：2005年6月1日） ZL专利号
：02129594.8
专利权人：彭苏萍；韩敏芳
该项已获国家知识产权局授权的发明公开了一种大尺寸的稳定氧化锆陶瓷薄膜材料，该
薄膜材料的长度、宽度至少50～300毫米、至少50～300毫米，厚度为0.02～0.2毫米。
该发明还提供稳定氧化锆陶瓷薄膜材料的制备方法，包括成型和烧结步骤，其特征在于
在成型时采用纳米粉体例如纳米YSZ粉体为原料，纳米粉体性能为：一次粒子粒度15～
50nm，比表面10～70m2/g；二次粒子85％以上集中在0.10～0.60μm微米之间，并于0.3
～0.4μm处呈现主峰值。
2）一种抗积碳高效的中温固体氧化物燃料电池电解质及其制备方法
出处：CN1560951A （申请日：2004年3月5日 授权公告日：2006年3月1日） ZL专利号
：200410028514.4
专利权人：�*************************糯笱�
该项已获国家知识产权局授权的发明公开了一种抗积碳高效的中温固体氧化物燃料电池
电解质及其制备方法，电解质为致密或多孔的锶、镁和钴或铁，镍掺杂的镓酸镧混合导
体材料，其组成为La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2-xMxO3（M＝Co，Fe，Ni，x＝0.05～0.15），
混合导体的氧迁移数为0.99～0.6，致密度大于90％。利用致密或多孔的混合导体材料
作为电解质，控制二甲醚燃料电池阳极以及电解质上的积碳。当材料具有一定的氧离子
－电子混合电导时，氧气可以自发地从高氧分压端通过混合导体材料选择性地扩散到低
氧分压端，扩散的氧可以有效地氧化阳极、阳极一侧电解质表面的积碳物种，消除积碳
。当电解质具有一定的微孔时，部分氧气由高氧分压端向低氧分压端扩散，增强了阳极
、以及阳极一侧电解质表面的氧化能力，同样可以起到抑制积碳的作用。
3）用于低温固体氧化物燃料电池的锌掺杂氧化铈－无机盐复合电解质
出处：CN1697223A （申请日：2005年6月17日 公开日：2005年11月16日） 申请号：
200510011957.7
申请人：清华大学
该项中国发明申请涉及一种用于低温固体氧化物燃料电池的锌掺杂氧化铈－无机盐复合
电解质，属于固体氧化物燃料电池领域。为了提供成本低廉、制备简便、在低温下具有
良好输出性能的SOFC的新型复合电解质材料，该发明公开了一种锌掺杂氧化铈－无机盐
复合电解质，通过采用直接低温合成的锌掺杂的氧化铈与无机盐混合，经热处理后形成
的两相或多相复合材料。该发明的优点是：原料及制备成本低廉，合成工艺简单，离子
导电性良好。采用锌掺杂的氧化铈－无机盐复合电解质材料的燃料电池输出性能良好，
在600℃电池的开路电压达到1.02V，输出功率达到600mWcm-2以上。
4）一种固体氧化物燃料电池电解质层的制造方法
出处：CN1731616A （申请日：2005年8月15日 公开日：2006年2月8日） 申请号：
200510043103.7
专利权人：西安交通大学
该项中国发明申请涉及一种固体氧化物燃料电池（SOFC）电解质层的制造方法，该电解
质层是通过熔融或半熔状态的粒子束流高速撞击到基体表面，经扁平化后形成扁平化粒
子依次堆积而成的。扁平化的粒子与其它一个或多个扁平化粒子重叠区域达到部分化学
结合，结合率超过扁平化粒子表面积的50％以上，由此制备的电解质层垂直于电解质层
表面方向的电导率为电解质块材电导率的一半以上。如果对由此设计制造的电解质层再
配合后致密化处理，不仅能够进一步提高其气密性，还可以进一步提高电解质层的电导
率和扁平粒子的结合率。采用该发明的方法制备的固体氧化物燃料电池电解质层，可简
化固体氧化物燃料电池的制造工艺，降低固体氧化物燃料电池的制造成本。
5）固体氧化物燃料电池的阳极负载双层电解质膜及制备方法
出处：CN1750307A （申请日：2004年9月16日 公开日：2006年3月22日） 申请号：
200410077864.X
申请人：中国科学院大连化学物理研究所
该项中国发明申请涉及一种固体氧化物燃料电池的阳极负载双层电解质膜及制备方法，
涉及燃料电池技术领域。阳极负载双层电解质膜，由阳极和电解质膜组成，其在阳极的
一侧面固连有两层电解质膜。所述两层电解质膜，一为阻隔反应层，另一为电子电导阻
隔层。其制备方法是，将阻隔反应层和电子电导阻隔层顺序固连到阳极的一侧面上，在
高温下共烧结致密后，将阴极固连到电子电导阻隔层的另一侧面上，得到膜电极三合一
部件，再组装成中温固体氧化物燃料电池。用该发明制备的阳极负载双层电解质薄膜中
温固体氧化物燃料单电池，电池效率高于同厚度的GDC薄膜电池的效率和性能，功率密
度约是传统LSGM薄膜电池性能的2倍。
6）固体氧化物燃料电池的阳极支撑型固体电解质复合膜及制备方法
出处：CN1925200A （申请日：2006年8月18日 公开日：2007年3月7日） 申请号：
200610030223.8
申请人：中国科学院上海硅酸盐研究所
该项中国发明申请涉及一种固体氧化物燃料电池（SOFC）的阳极支撑固体电解质复合膜
，所述的阳极支撑固体电解质膜是由NiO-YSZ（3mol％Y2O3掺杂的四方多晶氧化锆和
8mol％Y2O3全稳定的立方氧化锆）阳极支撑层、NiO-SSZ （9mol％氧化钪全稳定的氧化
锆）阳极活性层、SSZ（9mol％氧化钪全稳定的氧化锆）固体电解质层和CGO（掺杂
20mol％钆的氧化铈）中间层等四层组成，该发明的最大优点是采用多层流延和共烧结
方法制备复合膜，设备和工艺简单，容易控制，且较易实现自动化和规模化生产。该发
明制得的大面积、所需厚度且平整的阳极支撑电解质多层复合膜具有多种功能，可以保
证较好的固体氧化物燃料电池的性能，因此特别适用于平板型固体氧化物燃料电池制备
，具有良好的产业化前景。
7）中温固体氧化物燃料电池阳极支撑固体电解质复合膜及其制备方法
出处：CN1917262A （申请日：2006年8月29日 公开日：2007年2月21日） 申请号：
200610030524.0
申请人：中国科学院上海硅酸盐研究所
该项中国发明申请涉及一种中温固体氧化物燃料电池阳极支撑固体电解质复合膜，其特
征为：由氧化镍-氧化钇稳定氧化锆（简称NiO-YSZ）金属陶瓷阳极分别和6～10％氧化
钇稳定氧化锆或氧化钪稳定氧化锆或掺杂氧化钆氧化铈（分别简称为8YSZ或SSZ或CGO）
固体电解质两层组成。采用流延叠加，经等静压、共烧结制得阳极支撑固体电解质复合
膜。该复合膜尺寸＞100×100mm，其中电解质厚度10～30μm，阳极厚度0.5～1.5mm。
该发明最大优点是工艺过程简单，制作成本低，可制得大面积所需厚度平整的阳极支撑
复合膜，特别适用于平板型固体氧化物燃料电池制备，具有良好的产业化前景。
2、国外机构申请/授权
1）形成在金属薄片衬底上的用于固体氧化物燃料电池的防渗烧结陶瓷电解质层（
Forming an impermeable sintered ceramic electrolyte layer on a metallic foil
substrate for solid oxide fuel cell）
出处：CN1639895A （申请日：2003年2月27日 公开日：2005年7月13日） 申请号：
03805270.9
申请人：英国塞瑞斯动力有限公司（Ceres Power Ltd）
该项经PCT（WO03075382）申请的中国发明涉及一种用于固体氧化物燃料电池的防渗烧
结陶瓷电解质层，通过使用电泳淀积法在衬底上淀积陶瓷粉料，均衡地压制陶瓷淀积层
，然后在低于1000℃下加热压缩陶瓷粉料层形成。在优选的实施例中陶瓷厚膜燃料电池
组件形成于铁素体不锈钢衬底上。
