碳燃料电池是直接将固体碳化学能转化成电能的能量转换装置。它具有能量转换效率高、环境友好等诸多优点。复合型碳燃料电池是近年来具有发展潜力的一种碳燃料电池,极大地改善了碳燃料与阳极的接触状态和输运特性,提高了碳燃料的转化速率和电化学性能,同时避免了熔融碳酸盐电池阴极材料腐蚀和结构复杂化等问题。目前,复合型碳燃料电池的碳燃料和碳酸盐反应特性还没有一个系统的掌握,尤其是阳极电化学反应的模式还有待进一步探寻。同时各种参数对复合型碳燃料电池的性能影响程度也没有明确的结论,其次金属和金属氧化物等杂质相的影响还需进一步评估。在此基础上,本文主要开展了以下工作:（1）通过对石墨、碳黑、活性炭、炭化木屑和木屑五种碳燃料结晶程度、热稳定性、比表面积、表面官能团、颗粒大小物理化学性质表征,发现结晶程度越差,热稳定性越低,表面官能团越多的碳燃料电化学性能更佳;比表面积和碳颗粒大小有一定影响。其中,电化学活性顺序为:木屑>炭化木屑>活性炭>碳黑>石墨。750°C下,20 wt%木屑获得了789 mWcm^-2的最佳性能输出。炭化木屑和纯木屑电化学机理表明,炭化木屑的电学性能主要由CO电化学氧化机制主导;而木屑除了CO电化学氧化过程,主要由C₂H₄,C₂H₆等轻链碳氢化合物主导整个电化学过程。CO₂气氛的引入可以显著提高Boudouard反应速率,改善传质扩散过程,从而提高电化学性能。阳极微观多孔结构与电池电化学性能的关系结果可以得出,碳黑造孔剂的孔结构优于石墨造孔剂,相转化造孔剂介于两者之间。（2）通过石墨、碳黑和活性炭三种碳燃料与碳酸盐的不同配比优化和不同碱金属碳酸盐的电化学性能比较发现,碱金属碳酸盐明显地提高了电池开路电压,最高开路电压基本集中在30 wt%或40 wt%碳酸盐含量中;碳酸盐含量对不同碳燃料的电池性能影响较大;Li碱金属碳酸盐的催化活性大于K和Na。不仅具有化学催化作用,还具有电化学催化作用。并提出了“电化学氧化还原循环”机制以解释碳气化过程,阳极表面主要发生了“电化学氧化还原循环”碳气化催化反应,阳极多孔结构内部会发生一系列阳极复杂的电化学反应。（3）腐蚀实验表明,腐蚀时间越长,YSZ表面被腐蚀越严重;三种气氛下腐蚀能力大小:空气>氮气>氢气。浸润实验表明,发生电化学反应的浸润过程可以驱使碳和碳酸盐凝聚融合。从稳定性结果看,碳酸盐含量越多,电池的稳定性越差;电流密度越低的碳燃料,电池寿命较长;其中,石墨的电池寿命最长,木屑的电池寿命最短。复合型碳电池衰减的主要因素是LiK（CO₃）和碳混合物的产生、Li₂ Zr O₃等杂质相的产生以及Ni的异常长大。（4）在碳和碳酸盐混合物中投放14种金属或金属氧化物,优选出Fe₃O₄和Sn两种催化剂,并着重分析了Fe基和Sn基催化剂催化机制;在13种改性阳极催化层材料中,优选出CeO₂、Fe₃O₄和Nb₂O₅三种催化剂。通过两种方式掺杂催化剂结果看,催化机制主要分两种:一种是催化Boudourd反应,如Fe₃O₄氧化物;另一种是电化学催化反应,如CeO₂氧化物。