固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种高效、清洁的能源转换装置，它能够把储存在燃料中的化学能直接转变为电能。降低操作温度到600oC 甚至以下的中低温，是SOFC 商业化的目标之一。本论文将通过对阴极、电解质和阳极的研究，探索SOFC中低温运行的可行性。　　 首先，阴极是SOFC的关键组成部分，它是氧分子被还原的场所，因为氧还原需要较高的活化能，所以阴极的极化电阻占电极电阻的绝大部分，并且制约了电池的总电阻（内阻）。在论文第二章，将采用离子浸渍法，制备以传统阴极材料La1-xSrxMnO3±δ（LSM）为骨架的，以纳米Ce0.80Sm0.20O1.90（SDC）粒子修饰的LSM-SdC复合阴极。通过改变LSM 骨架的烧结温度和SdC粒子的热处理温度来优化电极微结构，从而提高电极性能。实验发现，在以SdC为电解质的对称电池上，随着LSM 骨架烧结温度的升高，界面电阻变大，高温导致LSM 粒子长大，从而降低了三相界面的长度。在600～800oC的温度范围内，提高SDC的烧结温度，界面阻抗变小，这是因为浸渍的SdC促进了电极和电解质的结合，高温使二者结合加强。当温度升高到850oC后，高温使SdC粒子过度长大，降低三相界面长度，增大界面阻抗。所以浸渍法的烧结温度的优化，取决于提高电极与电解质结合（高温）和抑制粒子长大（低温）。　　 第三章，用离子浸渍法在新型电极材料Sr2Fe1.5Mo0.5O6(SFM)上浸渍SdC纳米粒子，制备了SFM-SdC复合阴极。当浸渍的SdC质量达到总电极质量的40wt.％后,750oC 时，界面阻抗下降到0.11 ?cm2，仅为纯SFM 阴极（0.27 ?cm2）　　 的40％。用电导弛豫法测量了SFM 材料的氧表面交换系数（kex）和氧化学扩散系数（Dchem），二者分别为1.4×10-5cms-1和10-5～10-4cm2s-1。当在SFM表面部分覆盖SdC纳米颗粒后，表面交换系数提高了约两个数量级。此发现说明，浸渍SdC纳米粒子，加快了SFM 电极的表面氧交换速率，即增强了阴极的表面过程，从而降低了电极阻抗。此发现确定了纳米粒子改善电极性能的机理，也为浸渍法优化电极性能提供了有力的证据。　　 掺杂氧化铈（DCO）电解质在阳极气氛下容易被还原，产生内短路的电子导电，引起电压下降，为此在第四章，通过研制一层不传导电子的阻隔层，组成双层电解质，切断电子传导通路，来提高输出电压和电池性能。第一部分，用氧化鈧稳定的氧化锆（ScSZ)做电子阻隔层，电池结构为Ni-SDC//ScSZ/SDC//SSC-SDC，开路电压有了很大的提高，能够保持在1.0V以上，600oC的最大功率密度达625 mWcm-2，并且在60小时的测试中，电池性能保持稳定。第二部分，用电导率较高的氧化铋基电解质Y0.25Bi0.75O1.5（YSB）作为电子阻隔层。开路电压有所提高，但是没有ScSZ/SdC双层那样明显。同时，高电导率的YSB 电解质，降低了欧姆阻抗。用钙钛矿结构的LSM和YSB 复合体系作为阴极，组成结构为Ni-SDC//SDC/YSB//LSM-YSB的含双层电解质的单电池，这种全陶瓷结构的单电池，在600oC 时的最大功率密度为266 mWcm-2，并且能够稳定100个小时以上。为了减小阴极的极化电阻，用Ag-YSB 复合体系为阴极，操作温度可以降低到600oC以下，如Ni-SDC//SDC/YSB//Ag-YSB 单电池，500oC 时的最大功率密度达到223 mWcm-2。但是由于银粒子易于烧结，电池的长期稳定性能有待。　　 最后一章，期望发展低成本的旋转涂覆工艺，降低电解质层的厚度，从而减小欧姆电阻，同时用两步烧结法，优化电解质和阳极的微结构，提高电极性能，目标是将电池的工作温度降低到500oC以下。在NiO-SdC阳极衬底上，用旋转涂覆法制备SdC电解质薄膜，可以很好地控制薄膜厚度。实验发现，配制悬浮SdC浆料时，用草酸盐共沉淀制备的粉体，1300oC是最佳预烧温度，能够得到致密且电导率高的电解质薄膜。在烧结过程中，采用两步烧结法（先升到高温，然后快速降到某个较低温度后，长时间保温），可以得到晶粒小、致密度高、电导率高的电解质。同时，两步烧结法有效地控制了阳极粒子的长大，提高阳极性能，即降低电极电阻。提高阳极的孔隙率，也可以降低界面电阻，当增加阳极造孔剂量，使孔隙率从45.7％提高到59.3％后，电极电阻降低约50％。最后，利用两步烧结法，通过使用适量的造孔剂，并用旋转涂覆法降低电解质层厚度到9微米，得到了高的输出性能的单电池，500oC的最大功率密度达到了476 mWcm-2。　　 在110小时的长期测试中，该电池的功率输出维持在150 mWcm-2(400oC）左右。