固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种非常有竞争力的能源转换装置，具有能量转化效率高、燃料适用性强、余热利用率高、环境友好等优点。降低SOFC的操作温度至500-800℃范围内，可以显著提高热循环稳定性，拓宽材料选择性，降低电池制造和运行成本。然而随着操作温度的降低，阴极上氧还原反应(ORR)的活化能和极化电阻迅速增大，从而大大降低了电池的输出功率，阴极材料成为制约SOFC发展的瓶颈。因此，为了提高氧还原活性，需要深入研究并优化传统钴基阴极材料，同时开发在中温时具有高的电化学活性和操作稳定性的新型非钻基阴极材料。　　首先，以传统的钴基和锰基钙钛矿材料为研究对象，我们系统比较研究了Sm0.5Sr0.5MO3-δ(M=Co或Mn，SSC及SSM)阴极材料在Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)或Y0.16Zr0.92O2.08(YSZ)电解质上的性质和电化学性能，探究了氧化物的相结构、热膨胀特性、氧迁移性、氧空位浓度和电导率。SSC的氧空位浓度、电导率和热膨胀系数高于SSM。电极与电解质之间的相反应表明SSM比SSC更能与YSZ电解质化学相容，而SSM和SSC均能与SDC电解质相容。SSC和SSM电极的性能取决于其沉积的电解质，SSC适合于SDC电解质，而SSM更适合YSZ电解质。SSC阴极在薄层SDC电解质上的最大功率密度在600℃时高达690 mW cm-2，而在YSZ电解质上的性能很差。然而，当操作温度高于700℃时，SSM在YSZ电解质上的性能良好，其最大功率密度在800℃时为590 mW cm-2;当温度低于650℃时，SSM在YSZ及SDC电解质上的性能均较差。　　接下来，以经典的钴基双钙钛矿材料为研究对象，我们系统表征了应用于氧还原电极的A位Ba缺陷的PrBa1-xCo2O5+δ(PB1-xCO，x=0.00，0.05，0.10)双钙钛矿材料，这些表征主要集中在晶体结构、氧含量和氧离子传输性质等，都是与电化学性能有关的关键因素。一系列结构分析技术表明这些双钙钛矿氧化物具有四方晶格对称性和稳定的晶体结构。随着Ba缺陷(x值）的增大，晶格中的氧空位浓度增加，且氧离子电导率、化学体相扩散系数（Dchem）和化学表面交换系数（Kchem）也随之增大。基于对称电池构型的电化学性能测试显示，x=0.00，0.05和0.10的PB1-xCO样品的面比电阻(ASR)在700℃时分别为0.045，0.041和0.036Ωcm2。这些结果表明PB1-xCO双钙钛矿作为有希望的中温SOFC(IT-SOFC)阴极材料值得进一步研究和优化。　　针对钴基钙钛矿材料存在的一些问题，我们的研究方向转向非钴基（铁基）阴极材料。我们提出了一种非钴基的母体氧化物BaFeO3-δ(BF)，虽然其缺乏长范围的氧离子扩散路径，但仍具有高的ORR电催化活性。原位高温XRD和TEM表征说明BF在电池操作温度下是由主要的BaFeO3立方相和较少的BaFe2O4正交相组成的混合物。尽管由于少量氧离子绝缘相的存在导致缺乏氧离子长扩散路径，但BF氧化物具有轻易的Fe离子氧化还原作用和高的氧空位浓度。此外，电导弛豫技术和瞬时热重研究也说明BF氧化物具有很快速的氧表面交换动力学。在700℃时，以BF氧化物作为阴极的对称电池的ASR为0.021Ω cm2，单电池的最大功率密度为870 mW cm-2，这表明未掺杂的BF母体氧化物可作为用作ORR的高效电催化剂。　　为了克服母体氧化物BF不稳定及多相的晶格结构的缺点，我们合成并系统表征了用于氧离子导体电解质上的A位少量La3+掺杂的BF(Ba0.95La0.05FeO3-δ，BLF)钙钛矿材料。在母体氧化物BF的A位掺杂只有5mol％的La3+后，BLF形成了具有立方晶格对称性的氧空位无序的钙钛矿结构。研究了BLF的结构、热、电以及电化学性质，发现其具有高的结构稳定性、高的热膨胀系数、高的氧空位浓度和相对低的电导率。BLF表现出优异的电催化活性，能与目前主流的钴基混合导体阴极材料相当。另外，BLF也显现出优良的长时间操作稳定性。对于ORR突出的电化学活性和高的稳定性，使得BLF极有希望成为基于氧离子导体电解质的新型IT-SOFC阴极材料。　　由于钙钛矿氧化物的催化活性主要与B位阳离子相关，且B位掺杂具有更广泛的选择范围，我们又通过固相反应合成了在BF的B位少量Nb5+掺杂的BaNb0.05Fe0.95O3-δ(BNF)钙钛矿材料。采用原位XRD和TEM方法研究了BNF的晶格结构和热致相变过程，BNF在室温时是一个包含单斜相和立方相的混合相结构，然后在约400℃时发生相变并转变为立方结构，此后在进一步升温直到900℃及随后降温至室温的热循环过程中，BNF一直维持着立方钙钛矿晶体结构。我们利用O2-TPD、热膨胀及热重分析来探究BNF中Fe离子的热还原性。尽管存在潜在的相变过程，电导率和电化学阻抗谱测试证实了BNF具有良好的操作稳定性。由于在电池操作温度范围内有着稳定的立方晶格结构，BNF展示出优异的ORR电化学活性，在750℃时对称电池的界面阻抗为0.016Ωcm2，单电池的最大功率密度为1162 mW cm-2。