在当前石油、天然气、煤等化石燃料紧张，电力供应不足，城市污染严重的情况下，燃料电池已逐渐成为全球能源领域研发的重点和热点。其中，中温固体氧化物燃料电池（IT-SOFC），是目前被世界上公认为最有发展前景的燃料电池发电技术之一。阳极负载构型是平板式固体氧化物燃料电池实现中温化最理想的结构形式，因此本文针对阳极负载中温固体氧化物燃料电池的关键材料开展研究。复合掺杂氧化物纳米粉体的制备是燃料电池研制工艺中的首要问题。本文分别采用三种不同的方法制备了电解质超细粉体Sm_0.15Gd_0.05Ce_0.8O_1.9，考察了焙烧温度、合成工艺、络合剂种类及金属离子摩尔数对SGDC纳米粉体性能的影响，测试和研究了其烧结性能。结果发现，采用GNP法制备的SGDC纳米粉体在相同煅烧温度、相同金属离子摩尔比情况下与pechini法制备的微粒相比，晶粒粒度小、颗粒形状规则、分散性较好；在两种湿化学合成方法中，随着络合剂与总金属离子摩尔数比值的提高，样品粒径不断增大，晶粒形状由纺锤体向球体过渡。pechini法和GNP法制备的粉料在1400℃其致密度即可达到98％，相比之下固相反应法合成的SGDC要到1600℃时才能达到96％；对于Pechini法和GNP法，当总金属离子摩尔浓度降低时，SGDC烧结体的相对密度增大，孔隙率降低，样品的烧结活性有所增加。以一定的制备工艺制成了La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O₃（LSCF）阴极和NiO／GDC阳极基片，对制备的IT-SOFC阴极和阳极基片的成相情况、微结构和烧结性能等进行了考察，分析了各影响因素与电极性能之间的内在关系。发现起始粉体大小对LSCF的结晶状况有重要影响；阴极LSCF的催化活性和电性能随烧结温度的升高而降低；1000℃是LSCF较为适宜的电极烧结温度；内掺加NiO的NiO／GDC阳极，总体结晶度和成相情况不如外加NiO制备的阳极；NiO／GDC阳极基板的烧结收缩率随NiO含量的升高而增加，随着烧结温度的提升，阳极素坯的烧结收缩率呈非均匀性增加；在相同的烧结温度下，还原之前，随NiO含量的增加，NiO／GDC阳极基板孔隙率明显下降。造孔剂质量分数为5％或10％的NiO／GDC阳极基板能满足SOFC关于孔隙率的要求，淀粉的添加量以阳极总质量的5％为最佳；有效减轻烧结前前驱粉的团聚有助于NiO／GDC阳极的晶化和晶粒的完全生长。通过丝网印刷和匀胶涂膜两种不同薄膜制备方法，在阳极基片上成功涂覆Gd_0.2Ce_0.8O_1.9，Sm_0.2Ce_0.8O_1.9，Sm_0.15Gd_0.05Ce_0.8O_1.9电解质薄膜。考察了不同薄膜制备方法、不同分散方式、不同粒度大小及粒径分布、不同烧结方式等因素对电解质性能的影响。实验结果表明，匀胶涂膜法制备的电解质样品与丝网印刷法相比，其烧结致密化温度可降低200℃左右；球磨对烧结致密化温度有着重要的影响作用，其它条件相同的情况下，湿磨的效果不如干磨；采用三明治式烧结装置进行烧结可有效防止极片烧结过程中的起翘和开裂；三种掺杂氧化铈基电解质中，GDC电解质薄膜的烧结驱动力最大，成膜质量好，烧结后的表面形貌明显优于SGDC和SDC；采用GDC作为电解质工作时，当温度超过1300℃，GDC会与YSZ发生相互反应，在界面处生成Gd₂Zr₂O₇新相；在电解质烧结过程中，团聚严重抑制了SGDC的致密化；在同样烧结温度下，团聚体系数较低的起始粉体显示出更高的烧结致密度。采用更为有效的高剪切乳化分散后，SGDC的烧结致密化温度可降低至1300℃。发展了用于研究阳极负载中温固体氧化物燃料电池的三维数学模型，计算了燃料与氧化剂气体速度矢量分布，浓度分布、各流场的压力分布及电极催化层的电流密度分布等电池特性。将实验制备的IT-SOFC各组元材料性能代入建立的数学模型中进行了计算。分析了工作压力、温度、燃料浓度、氧化剂组成、孔隙率、曲折因子等因素对电池性能的影响。将模型计算所得的电池性能与文献中报导的同种材料、同种电池构型的IT-SOFC实验数据进行了比较，结果表明数值模拟结果与实验结论能较好的吻合；将模型计算所得的阳极负载电池性能与同材质的其它负载构型电池实验数据进行了对比，发现在电池各关键组元材料相同的情况下，四种构型设计中，本论文所采用的阳极负载构型IT-SOFC具有明显更为优越的电池性能。研究结果为平板型阳极负载薄膜IT-SOFC单电池的设计和优化提供了重要的参考依据。