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固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuels Cell简称SOFC）是一种能连续发电的装置,具有燃料利用率高、低噪音、便于移动、清洁等优点,随着能源环境危机的日益严重,SOFC在当今社会得到了广泛关注。其中,电解质是SOFC的核心,其性能的好坏直接影响SOFC的性能。传统的电解质-钇稳定氧化锆（YSZ）适应于高温环境,使SOFC在中温环境下的运行受到严重影响,掺杂的Ce O2基电解质因在中温环境下具有良好的氧离子传导性,而成为近年来广泛研究的热点之一。但Ce O2基电解质材料在低氧分压或还原气氛下部分Ce4+会被还原成Ce3+,产生电子电导,降低Ce O2基电解质的氧离子传导能力。为改善Ce O2基电解质的电性能,本论文对Gd3+、Nd3+和Ca2+共掺的(Ce0.8Gd0.15-xNdxCa0.05O2-δ)材料进行研究,在此基础上,探究该电解质用于中温SOFC的可能性。采用溶胶-凝胶法制备Ce0.8Gd0.15-xNdxCa0.05O2-δ电解质粉体。在Nd3+、Gd3+和Ca2+总掺杂量（20 mol%）不变时,探究Gd3+和Nd3+掺杂量对Ce O2基电解质的结构和电性能的影响,并采用X射线衍射分析（XRD）、拉曼（Raman）、X射线光电子能谱（XPS）和紫外可见吸收光谱（UV-Vis）分析测试方法分别对合成样品的物相结构进行表征。样品经1300℃烧结5h后,采用扫描电子显微镜（SEM）对其微观形貌进行观察,并利用交流阻抗分析方法对各组分电解质的电性能进行测试分析。采用Hebb-Wagner测试方法测试最优组分电解质的电子电导率。研究结果表明,经800℃焙烧3h后的电解质粉体,形成了具有立方萤石结构的单相固溶体。各组分陶瓷片的相对密度均达到95%以上。组成为Ce0.8Gd0.05Nd0.10Ca0.05O1.875的电解质氧空位浓度最大,电导率最高,在700℃下,其电导率为2.04×10-2 S·cm-1,电子电导率为7.48×10-3 S·cm-1。采用同样的方法制备了La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ（LSCF）阴极粉体,并将其与最优组分的Ce0.8Gd0.05Nd0.10Ca0.05O1.875电解质按不同的比例（0,10%,20%,30%和40%）进行混合,制备复合阴极,采用XRD分析技术研究不同比例的复合阴极的高温化学稳定性。构建以上述比例的复合阴极为阴极的对称电池,并分别置于1050℃、1100℃和1150℃下焙烧3h,测试对称电池的极化电阻。研究结果表明,LSCF-Ce0.8Gd0.05Nd0.10Ca0.05O1.875混合粉体经1150℃焙烧3h后表现出良好的高温化学稳定性。组成为70%LSCF-30%Ce0.8Gd0.05Nd0.10Ca0.05O1.875的复合阴极经1050℃焙烧3h,在700℃时的极化电阻值最小,其值为0.17Ω·cm~2。以Ce0.8Gd0.05Nd0.10Ca0.05O1.875电解质为电解质,以电解质含量为30%时的复合阴极为阴极材料,以Ni O-Ce0.8Gd0.05Nd0.10Ca0.05O1.875为阳极材料,组装成阳极支撑的单电池,并测试单电池在500～700℃范围内的P-V-I曲线和交流阻抗,并由此计算出极化电阻。结果表明,测试温度在700℃时,单电池的最大功率密度可达到0.637 W·cm-2,单电池的极化电阻为0.08Ω·cm~2。