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钙钛矿结构氧化物Gd0.8Sr0.2CoO34(GSC)在中温范围内具有优异的离子-电子混合导电特性和较高的氧还原催化活性，很有潜力成为IT-SOFC的阴极材料。但由于高温下Co元素自旋态的转变，Co3+离子半径增大，引起电极的线性膨胀率增大，与电解质材料之间存在较严重的不匹配问题。本文通过控制合成条件和煅烧温度，制备了性能最佳的GSC阴极材料。并以GSC为研究基体，分别采用部分添加电解质SDC制备复合阴极和掺入过渡金属元素(Cu)部分置换Co元素，来降低Co含量的方法，达到改善电极高温热膨胀性能的目的。主要研究内容包括： ⑴采用甘氨酸-硝酸盐法(GNP)合成GSC纳米粉体，重点探究了甘氨酸与金属离子摩尔比(G/M=1.5，2.0，2.5，3.0，3.5)以及煅烧温度等制备参数对GSC粉料合成反应及电极性能的影响。通过元素化学计量系数ψ计算最佳G/M值，理想化学计量ψ=1时计算得G/M=2.56。实验测得凝胶自燃烧火焰温度在850～1150℃之间，其中G/M=2.5时火焰温度最高，在1100℃以上，由此制得的粉料粒径细小，活性高。采用此活性粉料制备电极，当制备温度为1100℃时，GSC-2.5(即合成条件G/M=2.5)阴极的微观结构最佳，界面电阻(ASR)最小，750℃时仅为0.119Ω·cm2，当通过电极的电流密度为360 mA·cm-2时，GSC-2.5阴极的过电位为100 mV。500～800℃范围内，GSC阴极的电导率高于100 S·cm-1，GSC-2.5阴极电导率最高可达640 S·cm-1。但GSC电极的平均热膨胀系数(TEC)较高，在24×10-6K-1左右，是SDC电解质的两倍左右(TECSDC=12.44×10-6 K-1)，存在较严重的不匹配问题。 ⑵为了调整GSC电极的热膨胀性能，使之与电解质的TEC相近，在GSC粉料中引入部分SDC电解质粉料，制成复合阴极GSC-x(0≤x≤50，x为SDC的质量分数)，通过交流阻抗谱、直流四探针法等考察了电极中GSC和SDC相对比例对复合阴极电化学性能、电导率和热膨胀等性能的影响，并摸索了不同组成复合阴极的最佳制备温度。测试结果表明，低热膨胀系数SDC的引入，提升了复合阴极的热稳定性能。电极制备温度为1100℃时，GSC-40和GSC-50试样的TEC分别为14.35和13.38×10-6K-1，与中温固体电解质SDC的TEC相接近。复合阴极的ASR随SDC含量的增加先降低后增大，试样GSC-20达到最低，750℃时仅0.080Ω·cm2，为纯相GSC阴极的67.2％左右。离子相电解质SDC的引入，有效地提高了电极内三相界面的浓度，促进了电极的催化性能，但同时大大削弱了电极的电子导电能力，电极总电导率急剧下降，GSC-40、GSC-50试样的电导率最大值均未超过100 S·cm-1。综上，适量添加SDC(＜30 wt.％)至GSC中，电极的TEC明显降低，对氧的催化活性有所提升，同时电导率的下降在可接受的范围内。 ⑶将Cu元素部分取代GSC氧化物的Co元素，来降低电极的热膨胀，改善阴极性能。XRD图谱表明引入Cu元素后，GNP法合成的Gd0.8Sr0.2Co1-yCuyO3-δ(GSCC-y,0≤y≤05)形成了单一的钙钛矿相，且与SDC电解质具有良好的化学相容性。Cu元素的引入促进了电极的烧结性能，提高了电极的氧催化活性，950℃制各的GSCC-y系列电极即表现出优异的电化学性能。当Cu掺量为0.2时，GSCC-02的界面电阻最小，750℃测得为0.074Ω·cm2，为未掺杂的GSC阴极的62.2％。Cu元素的掺入，削弱了Co3+离子的歧化作用，电子载流子浓度下降，试样电导率降低，GSCC-02电极电导率最大值为527.70 S·cm-1。Cu元素的引入有效地改善了电极的热稳定性，40～800℃温度范围内，GSCC-04和GSCC-05试样的TEC分别降低至18.93和17.53×10-6K-1，阴极与SDC电解质的热匹配度有所提高，而且GSCC-04试样的ASR仅有0.093Ω·cm2，其电导率最高仍有293.77S·cm-1，符合IT-SOFC的要求。