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固体氧化物燃料电池(Solid oxide fuel cells,SOFCs)是一种新型的能源转换装置。SOFCs可以将存储在燃料中的化学能转换为电能,被公认是能量转换效率高和环境友好型的发电装置。传统的燃料电池运行温度较高,这会导致燃料电池在运行过程中难以保持长期稳定,进而引发材料损坏和性能衰减等问题,这都使得燃料电池难以大规模商业化应用。因此,降低燃料电池的运行温度是该领域研究的重大挑战。为实现燃料电池满足中温条件下高性能运行,开发适用于中温条件下的阴极材料成为一个关键的突破口。本论文针对中低温燃料电池的阴极材料开发进行了研究与分析。论文第一章阐述了本研究工作的相关背景,氧离子传导型燃料电池和质子传导型燃料电池的定义、工作原理。我们还重点介绍了 SOFCs电解质材料和阴极材料的研究进展以及阴极反应动力学。论文第二章详细阐述了通过Nb元素掺杂的方式,优化传统高性能阴极Ba0.5 Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ(BSCF),制 备 一 系 列 复 合 阴 极Ba0.5Sr0.5Co0.8-xFe0.2NbxO3-δ-SDC(x=0,0.05,0.1),并将这一系列阴极应用到氧离子导体基的固体氧化物燃料电池上。我们探索了不同Nb元素含量对中低温燃料电池阴极材料的影响,包括材料晶体结构、热膨胀系数、电导率、固体表面组成、电化学性能和在CO2气氛下的稳定性。随着Nb元素掺杂量从0上升到0.1,我们发现热膨胀系数从21.74*10-6 K-1降低到18.74*10-6 K-1,且在CO2气氛中的化学稳定性明显增强。通过对称电池和单电池的电化学测试及分析,可知B a0.5 Sr0.5Co0.75Fe0.2Nb0.05O3-δ具有最小的极化阻抗值,且在700℃条件下可以达到882mW·cm-2的最大功率密度。一系列实验结果表明,相对于未掺杂的BSCF,掺杂 5%mol Nb 形成的 Ba0.5Sr0.5Co0.75Fe0.2Nb0.05O3-δ(BSCFNb0.05)在化学稳定性和电化学性能上均有明显提升。BSCFNb0.0s是一种十分有潜力的中温固体氧化物燃料电池阴极。论文第三章介绍了通过浸渍技术制备中低温固体氧化物燃料电池阴极材料SrFe0.9Nb0.103-δ-BaZro.iCe0.7Y0.2O3-δ(SFN-BZCY)。在这部分实验中,通过浸渍工艺得到了具有纳米颗粒结构的 SrFe0.9Nb0.1O3-δ(SFN)。我们使用BaZr0.1Ce0.7Y0.2O3-δ为骨架材料,设置不同的SFN浸渍量,合成了不同浸渍量的SFN-BZCY复合阴极。我们将浸渍制备的SFN-BZCY复合阴极应用到质子传导的BZCY基中温燃料电池上,电化学测试结果证明浸渍量为47.4wt%时,SFN-BZCY复合阴极的极化阻抗达到最小值0.05Ω·cm2,功率密度达到最大值1186 mW·cm-2。值得一提的是,～47.4wt%SFN浸渍形成的SFN-BZCY复合阴极在450℃下仍然展现了 198mW·cm-2的功率密度,这意味着该阴极材料甚至有希望应用于低温固体氧化物燃料电池。浸渍制备的SFN-BZCY阴极是一种性能优异的中低温固体氧化物燃料电池阴极材料。论文第四章,我们提出了一种新型单相阴极BaFe0.4Sn0.2Zr0.1Y0.303-δ(BFSZY4213),并将这种新型阴极应用在H-SOFCs上。Sn、Zr和Y共掺的策略可以在室温下稳定BaFe03-δ的立方钙钛矿相结构。在700℃下,使用该阴极(BFSZY4213)的单电池的最大功率密度为771 mW·cm-2,最低极化阻抗为0.09Ω·cm2,这表明 BaFe0.4Sn0.2Zr0.1Y0.3O3-δ具有应用于 H-SOFCs 的潜力。第五章对全篇论文进行了总结概括,并对现有研究工作中呈现出的不足及未来可能的研究方向进行了展望。