固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种高效的能量转换装置,被称为21世纪的绿色能源技术。其中,电解质作为SOFC的核心组件,在很大程度上决定了电池的整体性能。相比于YSZ电解质,Gd2O3掺杂的CeO₂（GDC）显示出了更为优越的中低温离子传导特性。然而,GDC一般要在1500℃烧结10 h以上才能满足电解质的致密性要求。由于Bi₂O₃具有熔点低、Bi-O键能较弱的特点,能够改善GDC的烧结性能和离子电导率。因此,本文以改善电解质的烧结特性为目的,并对Bi₂O₃掺杂GDC(Ce_0.9Gd_0.1-xBi_xO_1.95-δ)的离子传导机理进行分析。通过共沉淀法合成GDC（x=0）和GBDCx（x=0.01-0.05）的纳米粉体。研究结果显示,当Bi3+掺杂含量从0增加至5%时,1470℃时的收缩率由14.2%增加到22.7%,相对密度由78.9%增加为99.1%,表明材料的致密化过程得到显著的改善。通过Bi₂O₃的掺杂使得CeO₂基电解质的烧结温度降低了200℃。Arrhenius法计算GBDC0.04的活化能为419 k J mol-1,远小于GDC的745 k J mol-1。采用主烧结曲线法计算GBDC0.04三个阶段的致密活化能,其数值分别为750、555、322 k J mol-1,平均活化能远小于GDC的725 k J mol-1,较低的活化能是烧结性能改善的原因。根据晶粒生长动力学模型,GDC和GBDC0.04的晶粒生长指数分别为3和4,表明GBDC的晶粒生长受到抑制。电化学阻抗谱分析表明各组分样品均存在最佳烧结温度,过烧时材料晶界电导率下降,GDC-1500的晶界电导活化能较GDC-1400高出0.05 e V。而烧结温度并不影响晶粒电导活化能。当x值从0.02增加到0.05时,GBDC的最佳烧结温度由1300℃降低至1200℃。并且GBDC0.02-1300样品在400℃时的电导率为8.1×10-4 S cm-1,是GDC-1400电导率的四倍。借助于Mott-Schottky模型,开展了烧结温度对晶界阻塞效应的影响,结果表明过烧时肖特基势垒高度增加,空间电荷层中氧空位浓度降低。GBDC0.02经1300℃、1400℃和1500℃烧结后,样品的势垒高度分别为0.19 V、0.21V和0.24 V, （?）值分别为-0.70、-1.68和-2.72。此外,由于低的Bi-O键能（BEBi-O＜BEGd-O＜BECe-O）,以及Bi³⁺与Ce⁴⁺之间的离子半径不匹配,导致体系平均结合能降低、弹性应变增强。当x=0.02时,样品具有最佳的电性能,σ700℃=0.05 S cm-1,总电导活化能为0.71 e V,这是由于GBDC_0.02-1300的晶界空位浓度高于GDC-1400的空位浓度,二者的（?）值分别为-0.7和-1.33。采用直流电场辅助技术进一步降低GBDC0.02的烧结温度。随着电场强度的增加,闪烧温度Tonset逐渐降低。E=60、80、100、120 V cm-1时对应的闪烧点分别为848、753、706、659℃,并于闪烧点出现电流与收缩率的急剧增大。当电场强度为100 V cm-1、限定电流密度为5 A cm-2时,试样700℃时的电导率为0.032 S cm-1,颗粒尺寸为71 nm,收缩速率峰值为9.1%min-1,远大于无外加电场烧结（0 V cm-1）时的0.39%min-1。基于黑体辐射理论,该电场条件下,试样与炉体之间的温度差ΔT为482℃,并且温差随电场强度和限定电流密度的增加而增大。采用有限元分析法对试样在100 V cm-1时的温场分布进行模拟,揭示了局部焦耳热是闪烧技术在低温条件短时间内实现快速致密化的原因。