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固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种可以直接将燃料的化学能转化为电能的装置,具有高效率、低污染、燃料灵活等优点,在21世纪能源危机和环境污染的背景下受到了广泛的关注。在SOFC中,传统的Ni基阳极在使用碳氢化合物为燃料时遇到了很多问题,主要问题就是碳沉积和硫中毒。因此,开发新型的既抗碳沉积又耐硫中毒的电极材料对推动SOFC商业化是至关重要的。为了开发既抗碳沉积又耐硫中毒的电极材料,本文研究了两类双钙钛矿结构电极材料:一类为Sr1.9VMoO6–δ（SVMO）和Sr2TiMoO6–δ（STMO）阳极材料,一类为对称电极材料:Sr2TiFe1–xMoxO6–δ（STFM,x=0.1,0.2）。用固相法在1200℃、5％H2/Ar中烧结10 h获得了立方结构的SVMO阳极。该阳极材料与常用SOFC电解质LSGM和SDC在5％H2/Ar中1000℃以下具有良好的化学兼容性。SVMO阳极在30–1000℃在5％H2/Ar条件下的平均热膨胀系数为13.3×10–6 K–1,与常用的SOFC电解质材料的热膨胀系数比较接近。SVMO阳极在干燥的H2中和100–800℃范围内,电导率达到了1364–499 S cm–1,明显高于现有的阳极材料,甚至高于有些Ni基阳极材料。通过浸渍贵金属Pd纳米粒子,可以改善阳极材料的电化学性能,原因是Pd/PdO/PdOx共同存在于阳极中,而且部分Pd可进入到SVMO阳极的晶格中,这两种情况可以产生更高的氧空位浓度,改善了氧离子导电性。850℃时,浸渍后阳极的极化阻抗降低了约56％。以干燥的H2为燃料,以SVMO为阳极的单电池表现了可接受的功率密度。浸渍Pd纳米粒明显改善了电池的输出功率密度。以Pd–SVMO为阳极的单电池,在750–850℃以干H2为燃料时,最大功率密度达到了529、664、794 mW cm–2。在含有H2S的合成气下进行了80 h的稳定性测试结果显示,Pd–SVMO阳极的单电池最大功率密度从526 mWcm–2稍微降低至513 mWcm–2,表现出良好的稳定性。对经过稳定性测试之后的阳极表面进行了拉曼测试,未检测到任何形式的碳。在相同燃料下对Ni–SDC阳极进行稳定性测试,该阳极的单电池输出性能明显衰减,拉曼测试显示有碳沉积和硫中毒的现象发生。对比结果显示,Pd–SVMO阳极由于其出色的混合电子-离子导电性和良好的催化活性使其具有良好的抗碳沉积和耐硫中毒的能力。在1200℃ 5％H2/Ar下烧结10 h获得了立方结构的STMO阳极材料。双钙钛矿结构STMO阳极综合了两个单钙钛矿材料SrTiO3和SrMoO3材料的特点。STMO阳极与LSGM和SDC电解质在5％H2/Ar气氛中1000℃以下具有良好的化学兼容性。XPS测试发现,STMO阳极中Ti为+4价,Mo有+4、+5和+6三种价态形式,这与SrTiO3和SrMoO3材料中的Ti元素和Mo元素的化合价一致,这也是STMO阳极综合了这两种单钙钛矿材料的原因之一。STMO阳极在干燥的H2中450–850℃范围内电导率约为190 S cm–1,表现了优异的导电性。在30–1000℃范围内5％H2/Ar中,STMO阳极的平均热膨胀系数为11.2×10–6 K–1,与常用的电解质具有良好的热匹配性。以H2为燃料,800℃时STMO阳极的极化阻抗为2.916Ωcm2,浸渍Pd纳米粒子后极化阻抗降到了1.338Ωcm2,降低了54％。以H2为燃料,以STMO和Pd–STMO为阳极的单电池在800℃时的最大功率密度分别达到了317和884 mWcm–2,以含有H2S的合成气为燃料时,800℃时电池的最大功率密度分别为164 mWcm–2和482 mW cm–2。在合成气下对STMO和Pd–STMO阳极进行了60 h的稳定性测试,电池性能未发生明显的衰减。对稳定性测试之后的阳极表面进行拉曼检测,未发现任何形式的碳沉积。从以上结果可以看出,STMO阳极具有良好的混合电子-离子导电性和可接受的电化学活性,因此STMO具有良好的抗碳沉积和耐硫中毒的能力。浸渍Pd纳米颗粒可以进一步提高STMO阳极的电化学性能。STMO阳极具有良好的抗碳沉积和耐硫中毒的能力,但其电化学性能仍需改进。我们在Ti位引入Co元素,期望改善材料的电化学性能。通过固相法合成了Sr2Ti1–xCoxMoO6–δ（x=0.1,0.2）,STC0.1MO样品在1200℃ 5％H2/Ar中烧结10 h后获得了纯相,而STC0.2MO样品则出现了杂相,因此不再对其进行后续的研究。STC0.1MO阳极与常用的电解质LSGM和SDC具有良好的物理和化学上的兼容性。STC0.1MO阳极在干燥的H2下的电导率低于STMO阳极的电导率,这是由于低价态的Co元素的引入提高了STMO阳极中的氧空位浓度,氧离子电导率将会增加,电子电导率将会下降。800℃时STC0.1MO阳极的极化阻抗为1.222Ωcm2,明显低于STMO阳极的2.916Ωcm2。单电池的功率密度也得到了提高。以合成气为燃料时,以STC0.1MO为阳极的单电池连续工作40 h,电池性能未发生明显的衰减。通过拉曼检测稳定性测试之后的阳极表面,没有发现任何形式的碳沉积出现。以上结果表明,Co元素的掺杂改善了STMO阳极的电化学性能,并且保持了其他性质不变。在STMO阳极的Mo位掺入Fe元素,我们合成了Sr2TiMo1–xFexO6–δ（STMF,x=0.1、0.2、0.3、0.4、0.5）。STMF系列阳极材料在1200℃ 5％H2/Ar中烧结10 h均获得了纯相。以SFMF05阳极为例,检验了该材料与LSGM和SDC电解质在1000℃ 5％H2/Ar中的化学兼容性,测试结果良好。STMF阳极在30–1000°C范围内5％H2/Ar中的平均热膨胀系数为11.0–11.5×10-6 K-1。STMF04阳极的极化阻抗值最小,在750–850°C范围内分别为1.848、1.100和0.722Ωcm2,小于STMO阳极的4.668、2.916和1.915?cm2。以H2为燃料,750–850°C时以STMF04为阳极的单电池,最大功率密度分别为247、492和761 mW cm-2,在以含有H2S的合成气为燃料时,电池的最大功率密度为129、233和422 mW cm-2,均高于STMO阳极的单电池的功率密度。STMF04为阳极的单电池在合成气下连续工作40 h,电池性能未出现明显的衰减。对稳定性测试之后的阳极表面进行拉曼测试,未发现碳沉积。上述结果显示,Fe元素的引入不仅没有影响材料的抗碳沉积和耐硫中毒的能力,而且还改善了STMO阳极的电化学性能,达到了我们的预期目的。对称固体氧化物燃料电池（SSOFC）具有简化电池制造工艺、减小电池各部分组件之间的相互扩散的特征;通过阴极和阳极互换还可提高电池的抗焦化和硫耐性能。据此,我们采用固相法合成了双钙钛矿结构Sr2TiFe0.9Mo0.1O6–δ（STFM01）和Sr2TiFe0.8Mo0.2O6–δ（STFM02）对称电极。两个材料均呈现出立方双钙钛矿结构,具有优异的结构稳定性。在SOFC工作温度下与常用电解质在氧化和还原气氛中均具有良好的化学兼容性和热膨胀匹配性。从电化学性能来看,850°C时以STFM01为阴极和阳极的单电池在H2燃料中的最大功率密度为573 mW cm–2,以合成气为燃料时,最大功率密度为361 mW cm–2。电化学稳定性测试结果表明STFM01样品在H2燃料中没有任何电池性能的衰减,以合成气为燃料时电池性能有所衰减。STFM02为阴极和阳极的单电池在合成气为燃料中连续工作30 h,电池性能保持稳定。因此,可以看出STFM01和STFM02电极具有可接受的稳定性,并且比传统的阳极材料具有更出色的抗碳沉积和硫中毒能力。