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固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell,简称“SOFC”）是一种直接将储存在燃料中的化学能高效、绿色环保地转化成电能的全固态电化学发电装置,在能源绿色低碳转型方面具有重要作用,是未来有前景的能源转化技术。SOFC电极是发生燃料氧化反应（阳极）和氧气还原反应（阴极）的场所,电极的性质和性能是决定SOFC稳定高功率输出的关键因素,新电极材料的设计开发和电极反应过程研究一直以来都是SOFC领域的研究热点。立方BaFeO3-δ钙钛矿具有高的氧离子电导率和良好的氧还原催化活性,是潜在的SOFC电极材料。本论文通过掺杂策略优化设计新型BaFeO3-δ电极,并进行了电极性质和性能的系统研究。本论文的主要内容如下:工作一:质子传导SOFC无钴Ba Zr0.1Fe0.9-xNixO3-δ阴极的制备与性能研究采用柠檬酸-硝酸盐燃烧法合成Ba Zr0.1Fe0.9-xNixO3-δ（x=0.1,0.15,0.2,0.25）纳米粉体,揭示了镍掺杂对物相结构的影响规律。当掺杂比例x=0.15,0.2时,粉体为立方钙钛矿结构,而立方结构具有无序的氧空位分布和各向同性的晶体学对称特性,有益于氧离子和电子输运过程,故系统研究了Ba Zr0.1Fe0.75Ni0.15O3-δ（BZFN15）和Ba Zr0.1Fe0.7Ni0.2O3-δ（BZFN20）作为质子导体SOFC阴极的性质和性能。XPS结果表明材料中Fe和Ni分别为Fe3+/4+和Ni2+/3+的混合价态;热重（TG）和典滴定实验表明BZFN15比BFZN20材料具有更高的氧空位浓度,这有利于氧的催化还原;在潮湿空气中BZFN15材料展现了更高的电导率,最大电导率为8.69 S cm-1;BZFN15具有更大的Dchem和kchem,分别为2.32×10-5 cm~2 s-1和1.40×10-3 cm s-1,意味着快速的氧分子解离和氧离子迁移。BZFN15和BZFN20阴极在SOFC单电池制备和操作条件下与BZCY电解质保持着良好的化学兼容性,但它们的热膨胀系数两倍于BZCY电解质。考虑到阴极|电解质界面的结合强度和热循环稳定性,构筑了低热膨胀系数的BZFN15（BZFN20）-BZCY复合电极并研究了复合电极的电极过程和单电池性能。结果表明,电极的主要速率控制步骤是氧的吸附解离和还原反应步骤,单电池在700 oC最大功率密度为583 m W cm-2,开路条件下极化电阻为0.087Ωcm~2。工作二:抗CO2稳定的BaFe0.8Ce0.1Nb0.1O3-δ阴极的制备与性能研究采用固相反应法制备了BaFe0.8Ce0.1Nb0.1O3-δ（BFCN）立方钙钛矿纳米粉体,旨在开发一种中低温高性能的抗CO2无钴阴极。通过与BaFe0.9Ce0.1O3-δ（BFC）材料进行对比,研究发现Nb改善了材料抗CO2腐蚀性能,降低了材料的热膨胀系数。Nb的掺杂使平均TEC值从23.01×10-6 K-1下降到20.88×10-6 K-1,改善了阴极与电解液界面接触。对称电池在10%CO2条件下极化电阻的表征和分析表明Fe位Nb掺杂能优化CO2造成的氧吸附解离和电荷转移性能下降,减弱材料的碱性,增强平均金属-氧键,抑制CO2吸附和表面碳酸盐的形成。BFCN-SDC复合阴极的阳极支撑单电池,在700 oC下的功率密度为680 m W cm-2,极化电阻为0.119Ωcm~2。综上,本工作提供了一种具备良好的抗CO2侵蚀IT-SOFC阴极候选材料。工作三:Ba0.7La0.3Fe0.9Nb0.1O3-δ对称SOFC电极制备与性能研究开展了Ba0.7La0.3Fe0.9Nb0.1O3-δ（BLFN）对称固体氧化物燃料电池（SSOFC）电极材料的表征和电化学性能优化研究。BLFN材料在湿润H2气氛中表现出良好的结构稳定性,并且BLFN与La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O3-δ（LSGM）电解质之间具有良好的化学兼容性,满足SSOFC电极的要求。通过添加SDC构建BLFN-SDC复合电极优化BLFN电极的电化学性能,研究发现SDC添加对电极极化反应中电荷传输过程具有明显的优化作用。BLFN与SDC的最优比例为7:3（BLFN-SDC73）。800 oC时,由BLFN-SDC73对称电极和LSGM电解质组装的单电池的峰值功率密度为738 m W cm-2,极化电阻为0.077Ωcm~2。SSOFC在10次氧化还原循环稳定性测试和100小时的长期性能测试中均表现出良好的稳定性,这表明BLFN-SDC73是一种极具潜力的SSOFC电极材料。