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固体氧化物燃料电池(SOFC)是将化学能转化为电能的能源转换装置，因其转换效率高和污染排放低的特点而备受关注，SOFC的核心部分由阴极、电解质和阳极组成。本文用高分辨X射线成像的方法研究阴极的三维结构，并探索掺杂对Sr2Fe1.5Mo0.5O6-δ阴极材料电化学性能的影响。
第二章用高分辨X射线成像的方法研究复合阴极的三维结构，通过原位观察的方法，获得不同烧结温度对三维结构的影响规律。首先分别用固相法和甘氨酸燃烧法合成了纯相的La0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3(LSCF)和Ce0.8Sm0.2O1.9(SDC)粉末，通过流延法得到了复合材料样品，通过高分辨X射线成像技术，获得了800℃，1000℃和1200℃烧结样品的原位三维重构图，通过对重构三维数据的分析，获得如下主要结果:随着烧结温度的提高，LSCF相的体积分数和颗粒平均直径逐渐增大，SDC相的体积分数逐渐减小而颗粒平均直径增大，孔隙相得体积分数基本不变而平均直径减小，LSCF，SDC和孔洞相形成的三相线长度，随温度的提高而增加，温度每升高200度，三相线的长度增加约一个数量级。
本文第三章通过对阴极材料Sr2Fe1.5Mo0.5O6-δ(SF1.5M)掺杂Co，探索其电化学性能变化规律。首先用甘氨酸和柠檬酸燃烧法制备了纯相的Co掺杂Sr2Fe1.5-xCoxMo0.5O6-δ(SF1.5-xCxM，x=0，0.5，1)粉体，热膨胀性能测试表明，随着Co掺杂量的增多，其热膨胀系数从15.8×10-6增加到19.8×10-6K-1;电导性能测试表明，随着Co掺杂量的增多，其电导率变大，并且电导率随温度的升高先变大后减小;用X光电子能谱(XPS)分析了掺杂材料各元素的化合价，结果表明SF1.5-xCxM中Fe、 Co和Mo都是以混合价态的形式存在的，其中Fe元素为Fe2+/Fe3+共存，Co元素为Co2+/Co3+共存，Mo元素为Mo5+/Mo6+共存，间接说明了小极子导电机制的存在;电导弛豫法(ECR)测试了氧扩散系数Dchem和表面交换系数Kex，Dchem和Kex随Co的掺杂量增多而变大，其中750℃下Dchem从1.0×10-5 cm2s-1提高到2.0×10-5 cm2s-1，Kex从2.55×10-5 cms-1提高到2.20×10-3cms-1; DFT方法计算的结果表明，其平均氧空位形成能EvacO随着Co的掺杂量的增大而减小，即Co的掺入增强了氧空位的形成可能;制备了以SF1.5-xGxM为电极，La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O3-δ为电解质的对称电池，交流阻抗谱测试结果表明，随着Co的掺入界面极化阻抗减小，在750℃时从0.105Ωcm2减小到0.056Ωcm2。通过上述的测试结果可以看出Co掺杂的SF1.5-xCxM具有较优异的电化学性能，满足阴极材料选择要求。