TWI478429B - 製造燃料電池組件之塗佈方法 - Google Patents

Description

製造燃料電池組件之塗佈方法

本發明大體上係關於燃料電池組件，及特定言之係關於固態氧化物燃料電池材料。

本申請案主張2008年11月21日申請之美國臨時申請案第61/193,377號之權利，該案之全文以引用的方式併入本文中。

燃料電池係可將儲存於燃料內之能量高效地轉變為電能之電化學裝置。電解池係可使用電能以減少諸如水之既定材料生成燃料(諸如氫氣)之電化學裝置。燃料與電解池可包括以燃料電池及電解模式兩者操作之可逆電池。

在一諸如固態氧化物燃料電池(SOFC)系統之高溫燃料電池系統中，一氧化流穿過該燃料電池的陰極側，而一燃料流穿過該燃料電池的陽極側。氧化流一般為空氣，而燃料流可為烴燃料，諸如甲烷、天然氣、丙烷、乙醇、或甲醇。在介於750℃與950℃之間之典型溫度下操作之燃料電池可組合氧與游離氫，留下過剩電子。過量電子經由一於陽極與陰極之間所完成的電路行徑回到燃料電池的陰極，導致電流流經該電路。

燃料電池堆可於內部或者外部分出用於燃料及空氣之分歧管。在內部分歧管堆中，使用包含於該堆體內之升流管將燃料及空氣分配至每一電池。換言之，氣體流經各燃料電池支撐層(如電解質層)中的開口或洞穴及各電池的氣體分離器。在外部分岐管堆中，堆體在燃料及空氣入口及出口側打開，且獨立於堆體硬體引入並收集燃料及空氣。例如入口及出口燃料及空氣在介於堆體與該堆體所位處之多歧管外殼之間的分離渠道內流動。

典型地，視電池之三種功能性組件之何者提供結構支撐而定，SOFC係製造為電解質支撐、陽極支撐、或者為陰極支撐者。在平面電解質支撐之SOFC設計中，使用諸如網版印刷之接觸法使陽極與陰極以在一平面陶瓷電解質之相反面上印刷墨水之方式而著色。位在鄰近燃料電池之互連或氣體分離器板含有一氧化保護障壁層，諸如一在面向燃料電池之陰極(即空氣)電極側上之亞錳酸鑭鍶(LSM)層。LSM層可藉由諸如空氣電漿熱噴灑方法之噴灑方法而沉積。

本發明係關於一種製造固態氧化物燃料電池(SOFC)之方法，其包括提供一固態氧化物電解質及藉由諸如濺鍍之PVD將至少一電極沉積於該電解質上。本發明亦係關於一種製造燃料電池堆之互連的方法，其包括提供一導電性互連，及藉由PVD將一層體沉積於該互連上，諸如藉由濺鍍沉積一LSM障壁層。該SOFC與該互連可位在同一燃料電池堆中。

本發明者意識到用於在互連上沉積氧化保護障壁層之空氣電漿熱噴灑方法相對昂貴，此因相對低沉積效率及高原材料消耗之故。同樣地，由於SOFC電極網版印刷方法係一包含處理電解質之接觸沉積方法，故其需要相對厚電解質基板(>150微米)以具有足夠本體強度。

本發明者意識到諸如濺鍍之物理氣相沉積(PVD)方法可用於在互連及/或在SOFC電解質上沉積層體。此將減少沉積互連塗層及/或SOFC電極之費用，並允許使用較薄SOFC電解質，諸如50微米至125微米厚電解質，例如75微米至100微米厚電解質及1微米至5微米厚電極。較薄電極可減少SOFC費用並提高電池性能。

任何適宜層體可由PVD(諸如濺鍍)或其他PVD方法形成。例如諸如一LSM層之氧化障壁層可藉由濺鍍在適於面向SOFC陰極的互連之一側上沉積而得。同樣地，SOFC之一或兩個電極可藉由濺鍍在電解質上加以沉積。例如諸如LSM之鈣鈦礦陰電極或鑭鍶鉻鐵礦或輝鈷礦電極可濺鍍在電解質上。同樣地，諸如經鎳安定之二氧化鋯、摻鎳之二氧化鈰、或經鎳安定之摻二氧化鋯的二氧化鈰金屬陶瓷電極之陽極電極可濺鍍在電解質上。陽極電極金屬陶瓷之非限制實例包含經鎳-氧化鈧或氧化釔安定的二氧化鋯金屬陶瓷、摻鎳-氧化釤或氧化釓之二氧化鈰金屬陶瓷或經鎳-氧化鈧或氧化釔安定之摻二氧化鋯-氧化釤或氧化釓的二氧化鈰金屬陶瓷。在陽極中的鎳起初以氧化鎳之形式沉積，然後在諸如含氫環境之還原性環境中藉由退火被還原為鎳。在一非限制實施例中，塗佈該互連與兩SOFC電極之所有層體可由濺鍍形成。另一實施例中，僅一些層體或電極，諸如一個層體或電極，例如一LSM互連氧化障壁及/或LSM SOFC陰極電極係由濺鍍形成。

該層體可由鈍性及/或反應性濺鍍形成。例如LSM層或電極可藉由自一單一LSM靶材鈍性濺鍍一LSM層或電極而形成。或者，可使用複數個含有LSM組份材料之靶材。例如可使用金屬靶材(諸如La、Sr及Mn靶材及/或合金或複合靶材，如Sr-Mn合金或複合靶材)、單相氧化物靶材(諸如La₂ O₃ 、SrO或MnO₂ )、包含經燒結而形成單塊的混合型摻混氧化物(諸如La₂ O₃ 、SrO及/或MnO₂ )之靶材、或包含金屬與氧化物兩者之混合物的靶材。或者，可使用反應性濺鍍以沉積LSM層或電極。使用鑭-鍶-錳複合物或合金靶材可使反應性濺鍍在氧化環境中進行。可自一氧氣儲罐或另一相似來源向濺鍍室提供氧化環境。代替鑭-鍶-錳複合物或合金靶材，個別鑭、鍶及錳靶材及/或二元複合物或合金靶材(如Sr及Mn複合物或合金靶材)可用於反應性濺鍍。選擇所需靶材可改變由PVD沉積之層體(諸如一電極或保護層)的組成。應注意沉積層之組成並不一定與靶材之組成相同，此因所述之元素的優先濺鍍之故。就陽極電極濺鍍而言，可使用單一陶瓷金屬靶材(諸如經鎳安定之二氧化鋯或經摻雜之二氧化鈰陶瓷金屬靶材)或者複數個靶材(諸如鎳或另一金屬靶材與一陶瓷靶材，如經安定之二氧化鋯或經摻雜之二氧化鈰陶瓷靶材)。亦可使用氧化鎳靶材以沉積一陽極電極，其包括氧化鎳及陶瓷，諸如經安定之二氧化鋯及/或經摻雜之二氧化鈰。而後使用還原退火使氧化鎳還原成鎳。亦可使用自金屬靶材之反應性濺鍍以形成陽極電極。可使用諸如rf、DC、磁電管(rf或DC類型)、離子束的任何適宜濺鍍沉積系統，或可使用其他濺鍍系統，其中使用電漿或離子束將源自一靶材之材料濺鍍在一基板上，諸如互連或SOFC電解質基板。該濺鍍方法(鈍性或反應性)可為靜態或為動態。在一靜態方法中，藉由濺鍍塗佈一靜置基板(即「停止-塗佈-繼續」類型方法)。在一動態方法中，藉由濺鍍塗佈一移動基板(即具有連續移動零件之方法)。

在形成互連障壁塗層之情況下，可提高材料使用率或靶材沉積效率，較之熱噴灑方法可得到較高沉積效率及較低製造成本。預期濺鍍方法之沉積效率可較以空氣電漿熱噴灑塗佈方法所達到之效率遠遠高約50%。此外，濺鍍可在互連上產生一較高密度LSM塗層。此允許一較薄障壁塗層，其產生較低成本並降低ASR貢獻。

在形成一SOFC電極之情況下，PVD使電極厚度低於網版印刷之等級。例如，相較於由網版印刷形成具有數10微米厚度之電極，PVD(諸如濺鍍)可形成具有小於約10微米，諸如100nm至5微米，如1-2微米厚度的電極。此使得可以較低成本(亦即因使用較少材料之故)形成較薄電池並提高性能。具有較少體積電阻之較薄電池通常預期可提供較高性能及較低降解。

此外，諸如網版印刷之接觸沉積方法將要求具有較高本體強度之相對較厚電解質基板，諸如150微米或以上之厚度。由網版印刷製造之厚電極在電解質被製得較薄時會出現問題。例如具有電解質厚度小於150微米之電池及厚網版印刷電極在承受燒結時會經受因處理而引起之拱起。非接觸PVD方法形成較薄電極並因此允許使用較薄基板(小於150微米)，此因具有1-2微米厚度的電極可減少拱起作用之故。

由於具有較薄電極，故亦可改良燒結(若皆需要)。針對較薄電極，陽極及陰極電極兩者在相同燒結週期內可達成共燒結，此將進一步減少生產成本。亦可在相同連續生產線上燒結並一起沉積該等電極。

藉由濺鍍而形成諸如LSM層及電極之層體及電極有其他優點。濺鍍係較潔淨的方法，且並不易於在後來之堆體組裝處理中因突起而造成缺損與破損。不需要外部粗化加工基板表面，諸如互連表面，此減少處理費用。此外，諸如互連表面之基板可由原地抽氣或使用濺鍍蝕刻清洗而處理。換言之，濺鍍裝置首先在濺鍍蝕刻模式下操作以清洗基板表面(其中離子轟擊基板而不是轟擊靶材表面，以濺鍍蝕刻該基板表面)，然後在該經清洗之基板表面沉積諸如一LSM層之層體。可添加後-退火或其他處理基板。

最後，濺鍍可在不同溫度下沉積一層體或甚至具有使用不同條件(包含溫度、實現不同顆粒結構、薄膜應力控制等)塗佈的多層體。因此，複數個具有不同顆粒結構的層體可在同一基板上予以沉積(亦即具有較小粒度的LSM層可在具有較大粒度的LSM層前或後(即下或上)予以沉積)。或者，非晶形LSM層可在多晶形LSM層前或後予以沉積。濺鍍系統提供使層體或電極原地結晶之能力，諸如藉由在沉積期間或恰在沉積後加熱經沉積之層體。例如經用作互連或陰極電極之LSM非晶形塗層可原地結晶以提供較佳電子鍵及可免除陰極接觸層之需要。在另一實施例中，可同時塗佈燃料電池之兩側(亦即電解質之兩側)。例如藉由將電解質置於陽極材料與陰極材料濺鍍靶材之間，使陽極與陰極電極可在電解質之相對面上同時形成。同樣地，互連板之兩個主表面可藉由個別障壁及/或接觸層同時予以塗佈。此將增加生產能力並利於減少諸如電解質之基板上的應力。可將諸如電解質或互連之基板垂直(亦即邊緣指向上及下)置於基板支持物上，以使兩個主表面面向不同濺鍍靶材(或不同靶材組)。若須要，亦可將基板水平放置，若一個靶材位在基板上方，則另一靶材就位在基板下方。可在基板支持物周圍提供一隔板以防止既定靶材與基板相對面的交叉污染。

若使用反應性濺鍍，則可調節反應性濺鍍之化學計量，以使一具有較高氧氣含量之LSM層可沉積於在相同基板上的一具有較低氧氣含量之LSM層的前或後(亦即下或上)。雖然LSM描述例示性鈣鈦礦，但亦可使用其他具有通式(La_x Sr_1-x )(Mn_y A_1-y )O₃ (其中A為Cr及/或Co，0.6<x<0.9，)或具有通式(La_x D_1-x )(E_y G_1-y )O₃ (其中D為Sr或Ca，且E與G係Fe、Co、Mn及Cr中的一者或多者(0.6<x<0.9,))的導電性鈣鈦礦，包含LSCr、LSCo等或諸如Pt之貴金屬。

在另一實施例中，一種PVD方法(諸如濺鍍)可用以與在一SOFC之一互連及/或一多層電極上形成一多層塗層相同的處理方法而用於共沉積多功能性層。此提供改變任何所期望之層數及改變組成以最優化受限於各層常見經改變的形態及厚度之氧化還原容許度、內部改良及電化學三相的能力。可在各表面上提供具有不同功能性的不同類型層體(亦即不同組成、結晶度應力狀態等)以減少電接觸阻力及可能地全部ASR。

例如一第一高溫抗氧化金屬合金層可在整個互連表面上沉積。然後一第二LSM層可在該金屬合金層上沉積。該金屬合金層可為任何適宜高溫合金層，諸如可減少在互連上的氧化物生長的鎳合金層。LSM層可用作陰極接觸層並可防止或減少Cr自Cr合金互連上的蒸發，且因此將防止或減少陰極被Cr毒化。若陰極包括鈣鈦礦材料而不是LSM，諸如LSCr，則接觸層可包括相同其他鈣鈦礦層，諸如LSCr。例如金屬層可包括0.5微米至5微米，諸如1-2微米厚之Haynes 230合金層。該第二層可為0.5微米至5微米，諸如1-2微米LSM層。該Haynes層將減少氧化物生長，而LSM將防止或減少陰極毒化。Haynes 230係具有以下重量百分數組成的鎳-鉻及鎢的合金：

鋁　0.2-0.5

硼　最多0.015

碳　0.05-0.15

鉻　20-24

鈷　最多5

鐵　最多3

鑭　0.005-0.05

錳　0.3-1

鉬　1-3

鎳　剩餘部份

磷　最多0.03

矽　0.25-0.75

硫　最多0.015

鎢　13-15。

在另一實施例中，可提供PVD靶材(諸如濺鍍靶材)用於特定組成、密度及/或可被氧化或燃燒以形成多孔性諸如碳與其他有機物之犧牲型填料。或者，按序沉積可使以能「製造」較佳孔隙率及多孔形態之3-D較佳結構沉積最佳化。2008年11月12日申請之美國申請案第12/292,151號，題目為Electrolyte Supported Cell Designed For Longer Life And Higher Power(代理人檔案號碼079173/0367)描述一種具有多孔電極並使用造孔劑以形成多孔電極的SOFC設計，該案之全文以引用的方式併入本文中。在該SOFC中，陽極與陰極電極中至少一者起初使用一造孔劑而予以沉積，然後藉由加熱或退火自電極移除該造孔劑以使多孔電極位在具有較低孔隙率的電解質上。可使用任何適宜造孔劑材料，諸如碳(例如石墨、活性碳、石油焦炭、碳黑或其類似物)、澱粉(例如玉米、大麥、大豆、馬鈴薯、米、木薯、豌豆、西穀椰子、小麥、美人蕉或其類似物)、及/或聚合物(例如聚丁烯、聚甲基戊稀、聚乙烯(諸如珠粒)、聚丙烯(諸如珠粒)、聚苯乙烯、聚醯胺(尼龍)、環氧樹脂、ABS、丙烯酸系、聚酯(PET)或其類似物)，其等描述於美國公開申請案2007/0006561中，該案以引用的方式併入本文中。

若須要，不同造孔劑可併入相同電極之不同層體(其亦可稱之為次層體)中以獲得由不同孔隙率層體組成之電極。例如，一第一類型造孔劑材料可併入一第一電極層中而一大小、濃度或組成中至少一者與第一造孔劑材料不同的第二類型造孔劑材料併入一第二電極層中。例如該第二造孔劑材料可包括較之該第一造孔劑材料，具有較大或較小尺寸或直徑的顆粒，其視是否期望在第二層中形成較該第一層大或小的孔而定。或者，若期望在第二層中形成較第一層多或少的孔，則該第二造孔劑材料可包括較之第一造孔劑材料，藉由加熱而較易或較難自電極去除之材料組成。最後，若期望較第一層多或少的孔，則第二造孔劑材料濃度可高於或低於第一造孔劑材料。因此，藉由使用具有不同造孔劑之不同濺鍍靶材以沉積各層，該第一電極層可經設計以具有不同於第二電極的孔隙率(亦即孔大小及/或孔之數量)。例如2007年10月10日申請的且其全文以引用的方式併入本文中的美國申請案第11/907,204號描述一SOFC，其具有一第一層鄰近電解質之一陽極電極，該第一層較位在該第一層上之一第二層具有較低孔隙率。使用本文描述的造孔劑方法可形成該電極。此外，使用本文描述的造孔劑方法亦可形成包括具有不同孔隙率的層之陰極。

此外，如上所論述，濺鍍允許沉積複數個電極層以使電極組成功能性分級，以使例如各層具有不同組成或結晶度。例如陰極電極可包括一位在一LSM下方之經摻雜的二氧化鈰層或其他鈣鈦礦層或其可包括兩個具有不同組成或結晶度之不同LSM層。一陽極電極可具有在各層金屬陶瓷中不同的鎳對陶瓷之比例，如於2007年10月10日申請的且其全文以引用的方式併入本文中的美國申請案第11/907,204號中所描述藉由使用不同濺鍍靶材以沉積電極之每一層。或者，陽極電極可包括一在經鎳安定的二氧化鋯或經鎳安定摻雜二氧化鋯的二氧化鈰金屬陶瓷層下方的經摻雜的二氧化鈰層體，如於2007年4月13日申請的且其全文以引用的方式併入本文中的美國申請案第11/785,034號中所描述藉由使用不同濺鍍靶材以沉積各層。

雖然濺鍍被描述為較佳沉積方法，但亦可使用其他方法。例如在互連上之LSM障壁層可藉由粉末沉積方法沉積。一實例為磁力粉末沉積，其使用磁體(亦即磁場)以在互連上形成LSM粉末之一均勻層，然後熔化該粉末層以獲得極薄且均勻的薄膜。諸如電阻加熱器、高溫細絲燈泡、雷射等之任何適宜加熱源可用於熔化粉末。

在一另一選擇的實施例中，化學氣相沉積(CVD)可用於沉積諸如LSM陰極之電極。CVD可用於在一均勻電極薄膜中產生受控、均勻孔隙度。可在沉積後進行高溫退火(熱或光加熱，諸如UV固化)後沉積處理。

燃料電池堆通常自呈平面元件、管狀、或其他幾何形狀之形式的多樣性SOFC建構得。燃料及空氣已被提供於可能較大之電化學活性表面。如在圖1中所示，燃料電池堆之一組件為所謂之氣體流量分離器(亦稱之為在一平面堆中之一氣體流量分離板)或互連9，其分離在堆體中的個別電池。氣體流量分離板使流向在堆體中的一電池之燃料電極(亦即陽極3，諸如經鎳安定的二氧化鋯及/或經摻雜的二氧化鈰金屬陶瓷)的燃料與流向在該堆體中一相鄰電池的空氣電極(亦即陰極7，諸如以上所述之一LSM陰極)的氧化物(諸如空氣)分離。燃料可為烴燃料，諸如用於內部改良電池的天然氣、或包括氫、水蒸氣、一氧化碳之經改良的烴燃料及用於外部改良電池之未被改良的烴燃料。分離器9含有在肋材10之間的氣體流量通道或渠道8。經常地，該氣體流量分離器9亦可用作一將一電池之燃料電極3電力連接於相鄰電池之空氣電極7的互連。在此情況下，以導電性材料如Cr-Fe合金製成用作互連之氣體流量分離板或其含有該導電性材料。可在陽極電極與互連之間提供一導電性接觸層，諸如一鎳接觸層或篩網。可在陰極電極與堆體之下一個相鄰互連之間提供一導電性陶瓷層，諸如如上所述之LSM障壁層。圖1顯示較低SOFCl位在兩個氣體分離板9之間。

SOFC之電解質5為陶瓷金屬電解質，諸如經安定之二氧化鋯及/或經摻雜的二氧化鈰，諸如經氧化釔安定之二氧化鋯(「YSZ」)、經氧化鈧安定之二氧化鋯(「SCZ」)、摻氧化釓之二氧化鈰(「GDC」)及/或摻氧化釤之二氧化鈰(「SDC」)電解質。若須要，一視需要夾層可位在電解質3與陽極5之間，而另一夾層可位在電解質5與陰極7之間。若須要，該等層體中僅一者可用於SOFC。諸如經摻雜之二氧化鈰可提高電池氧化還原安定性及進一步減少昂貴材料之使用的材料可用於製造該等夾層。經氧化釤、氧化釓或氧化釔摻雜之二氧化鈰(換言之二氧化鈰可含有Sm、Gd及/或Y摻雜物元素，其在併入二氧化鈰時會形成氧化物)可用作夾層材料。較佳地，經摻雜的二氧化鈰相組合物包括Ce_(1-x) A_x O₂ ，其中A包括Sm、Gd、或Y中至少一者，而x大於0.1但小於0.4。例如x可為0.15至3之間且可等於0.2。夾層亦可由濺鍍而形成。

此外，雖然圖1顯示該堆體包括複數個平面或板型燃料電池，但燃料電池亦可具有其他組態，諸如管狀。仍進一步，雖然圖1中顯示垂直方向的堆體，但燃料電池亦可水平或可以在垂直與水平之間的任何其他適宜方向堆體。

如本文中所用之術語「燃料電池堆」意指複數個經堆疊的燃料電池，其共用一共同燃料入口與排氣通道或升流管。如本文所用之「燃料電池堆」包含一明顯的電學實體，其含有兩個與功率調節設備相連之端板及堆體之功率(亦即電)輸出。因此，在一些組態中，自該明顯電學實體之電功率輸出可與其他堆體獨立控制。如本文所用之術語「燃料電池堆」亦包含一部份明顯電學實體。例如該等堆體可共用相同端板。在此情況下，該等堆體共同包括一明顯電學實體。在此情況下，來自兩個堆體之電功率輸出不可單獨受控。

為說明及描述之目的，已呈現本發明之以上描述。不希望其係全面的或限制本發明於所揭示之特定形式中，鑒於以上教示可進行修改及變化或可由實施本發明而達成修改及變化。選擇本發明以揭示本發明及其之實施應用的原理。希望本發明之範疇及其等對等物係由本文隨附申請專利範圍所界定。

1．．．SOFC

3．．．陽極

5．．．電解質

7．．．陰極

8．．．通道或渠道

9．．．互連

10．．．肋材

圖1係根據本發明之一實施例的燃料電池堆之一側視圖。

1．．．SOFC

3．．．陽極

5．．．電解質

7．．．陰極

8．．．通道或渠道

9．．．互連

10．．．肋材

Claims (26)

1. 一種固態氧化物燃料電池(SOFC)，其包括：一陽極電極；一具有少於10微米之總厚度之陰極電極；及一具有至少50微米及少於150微米厚度且位在該陽極電極與該陰極電極之間的固態氧化物電解質，其中該固態氧化物燃料電池為電解質支撐的固態氧化物燃料電池。
2. 如請求項1之SOFC，其中該陰極電極包括一藉由PVD在該電解質上形成之鈣鈦礦層。
3. 如請求項2之SOFC，其中該陰極包括一藉由濺鍍而形成之LSM層。
4. 如請求項1之SOFC，其中該SOFC被併入於一包括複數個由互連分隔之平面SOFC的堆體中。
5. 如請求項4之SOFC，其中各互連之面向一相鄰SOFC之陰極電極的一側上包括一經濺鍍之LSM障壁層。
6. 一種製造固態氧化物燃料電池(SOFC)之方法，其包括：提供一固態氧化物電解質，其具有第一主要表面及與該第一主要表面相對之第二主要表面，且具有至少50微米及少於150微米厚度；將陽極電極沉積在該電解質之第一主要表面上；及將陰極電極沉積在該電解質之第二主要表面上以形成電解質支撐的固態氧化物燃料電池，其中該陽極電極與該陰極電極之至少一者具有少於10微米之總厚度，且該 陽極電極與該陰極電極之至少一者的整個電極係藉由PVD沉積在該電解質上。
7. 如請求項6之方法，其中該沉積陰極電極之步驟包括藉由濺鍍沉積一鈣鈦礦陰極電極。
8. 如請求項7之方法，其中該鈣鈦礦陰極電極包括LSM。
9. 如請求項8之方法，其中該陰極電極係由靜態或動態反應性濺鍍或靜態或動態鈍性濺鍍而形成。
10. 如請求項8之方法，其中該陰極電極具有少於10微米之厚度。
11. 如請求項6之方法，其中該沉積陽極電極之步驟包括藉由濺鍍沉積一陶瓷金屬陽極電極。
12. 如請求項11之方法，其中該陶瓷金屬陽極包括一含有鎳或鎳氧化物的鎳組份及一含有經氧化鈧安定之二氧化鋯、經氧化釔安定之二氧化鋯、摻氧化釤之二氧化鈰或摻氧化釓之二氧化鈰之至少一者的陶瓷組份。
13. 如請求項6之方法，其中該沉積該陽極電極與該陰極電極之至少一者的步驟包括在不同沉積條件下沉積複數個電極層。
14. 如請求項13之方法，其中該沉積該陽極電極與該陰極電極之至少一者的步驟包括沉積複數個電極層以使電極組成功能性分級。
15. 如請求項6之方法，其進一步包括原地結晶該陽極電極與該陰極電極之至少一者。
16. 如請求項7之方法，其進一步包括在濺鍍步驟期間將造 孔劑材料併入於陽極電極中並加熱該陽極電極以自該陽極電極去除該造孔劑材料而形成一多孔陽極電極。
17. 如請求項16之方法，其中將造孔劑材料併入該陽極電極中包括將一第一造孔劑材料併入一第一電極層中及將一大小、濃度或組成中至少一者不同於該第一造孔劑材料之第二造孔劑材料併入一第二電極層中，以使該第一電極層包括不同於該第二電極層之孔隙率。
18. 一種製造用於燃料電池堆之互連的方法，其包括：於包含至少一靶材之濺鍍沉積裝置中提供由金屬合金所製成之一導電性互連；在濺鍍蝕刻模式下操作該濺鍍沉積裝置，使得離子轟擊該導電性互連之表面以濺鍍蝕刻該表面；及藉由在濺鍍沉積模式下操作該濺鍍沉積裝置而將一層體沉積在該互連之經濺鍍蝕刻之表面上，以使得離子轟擊該至少一靶材以經由濺鍍沉積該層體。
19. 如請求項18之方法，其中該沉積步驟包括藉由濺鍍沉積一鈣鈦礦障壁層。
20. 如請求項19之方法，其中該鈣鈦礦障壁層包括LSM。
21. 如請求項19之方法，其中該鈣鈦礦障壁層係由靜態或動態反應性濺鍍或靜態或動態鈍性濺鍍而形成。
22. 如請求項19之方法，其中該沉積步驟包括在不同沉積條件下沉積複數個障壁層。
23. 如請求項22之方法，其中沉積複數個障壁層之該步驟包括濺鍍沉積一金屬合金層，其減少在該LSM鈣鈦礦障壁 層下方之互連上的氧化物生長層。
24. 如請求項23之方法，其中該金屬合金層包括一Haynes 230合金層。
25. 如請求項19之方法，其進一步包括原地結晶該鈣鈦礦障壁層。
26. 如請求項19之方法，其進一步包括將該互連置於一SOFC堆內，以使該鈣鈦礦障壁層接觸一SOFC之經濺鍍沉積之鈣鈦礦陰極電極。