应用固体氧化物电解电池（SOEC）电解技术在CO₂利用和转化方面显示出巨大的潜力,利用风能、潮汐能、太阳能等可再生能源提供电能和热能对CO₂等温室气体进行电解,不仅消耗CO₂还能够生产CO这种化学工业原料和气体燃料,被认为是最清洁,高效的能量循环系统。因此,改善固体氧化物电解池的电解性能在近年来受到越来越广泛的关注。SOEC是复杂的电化学装置,一般由三个组件构成:上下部分为多孔的阳极和阴极,中间部分为致密的电解质层。在制造过程中,电池需要支撑的电极以提供机械强度。在研究初期,由于化学和机械稳定性,SOEC使用电解质层作为支撑电极,但欧姆极化随着电解质厚度增加而增加。因此,SOEC已从电解质支撑的电池过渡到电极支撑的电池以减少欧姆损耗。如今,大多数SOEC是由阴极支撑的电池。由于Ni-YSZ材料具有高性能、价格低等优势成为固体氧化物电解池最常用的阴极材料。在Ni-YSZ阴极中,Ni作为电子导体,YSZ作为离子导体,孔作为气体通道共同组成了电化学反应界面,这一界面称为三相界面（TPB）。电解过程中,反应气体需要通过孔通道传输到三相界面进行电化学反应。因此,电解池阴极需要具有合适的微观结构传输反应气体并去除反应产物,故而阴极支撑体的孔结构是本论文的主要研究重点。在本文中通过对阴极微观结构进行调节优化,研究孔结构对阴极支撑的固体氧化物电解池电解CO₂性能的影响。首先,添加淀粉作为造孔剂制备具有不通孔隙率以及孔径分布的阴极支撑体,研究造孔剂含量对电极性能的影响。SOEC的阴极支撑体内的气体扩散在CO₂电解过程中起着重要作用,阴极微观结构需要低曲折度,高孔隙率以降低气体传输阻力。通过在阴极制备过程中施加不同量的成孔剂来调节阴极孔结构。随着造孔剂含量的增加,阴极的孔隙率增加,极限电流密度也增加,高的极限电流密度表明电池受到的气体扩散限制变小。实验结果揭示了气体扩散对CO₂的电解性能的影响很大,通过添加造孔剂有效的改善了阴极支撑体的孔结构,提高了CO₂电解性能。此外还利用先进的电化学阻抗谱测试技术施加不同的电流密度测试电池阻抗,在低于极限电流密度下测试的阻抗谱表明电池电阻只有细微的增加,在高于极限电流密度下测得的电池电阻却显著增加,这表明气体扩散受到限制会极大的增加电池的极化损失。其次,研究了筛网辅助相转化法制备的两种不同阴极微观结构对CO₂电解性能的影响。将混合好的阴极浆料倒入模具中,在浆料中间放置不锈钢筛网,通过相转化法在网格上下两面获得具有不同微观结构的阴极坯体,一种是微通道结构,一种是树枝状结构,这两种结构在气体传输部分都是微通道结构,而在功能层区域具有不同的微观结构。通过比较两种不同阴极微观结构的电池性能,发现具有树枝状孔结构的阴极在气体扩散和抗极化性方面表现出比具有微通道结构的阴极更高的性能,此外树枝状孔结构还防止了在高温共烧时的阴极颗粒烧结。最后,进一步研究了功能层的孔结构对SOEC电解CO₂性能的影响。由于功能层区域提供电化学反应位点,而阴极中的CO₂还原反应是CO₂电解的主要限制步骤,因此功能层的微观结构极大地影响了电化学性能。采用具有快速气体扩散通道的树枝状阴极作载体研究功能层微观结构的影响,包括阴极功能层的孔隙率,NiO/YSZ比例和厚度。通过添加不同含量的造孔剂来调节孔隙率,具有高孔隙率的电池表现出更高的电解电流密度。通过distance correlation functions（DCFs）技术重建了具有不同NiO/YSZ比例功能层的3D微观结构,并计算三相边界密度,结果表明最佳NiO/YSZ质量比为60:40。功能层最佳厚度为35μm,增加功能层厚度可以提供更多的反应活性部位,但功能层厚度增加也会对气体扩散造成阻碍。