固体氧化物燃料电池(SOFC)具有能量转化率高、清洁无污染以及全固态无贵金属部件等优势,受到了越来越多的研究者关注。目前,提升SOFC在600℃以下低温条件中的功率密度及工作稳定性是极其必要的。本文针对包覆碳酸钠的钐掺杂氧化铈(NSDC)体系的低温纳米复合SOFC的工作性能进行了理论模拟计算,通过搭建的SOFC测试平台对合成制备的NSDC体系低温纳米复合SOFC单电池工作性能及稳定性进行了实验及分析,探讨优化低温纳米复合SOFC性能的途径。本文主要研究内容及所得结论如下:(1)借助SOFC一维通量平衡模型对NSDC体系复合SOFC在600℃下的j-V曲线进行了理论计算,并对温度、阴极气体压强、电池结构及燃料浓度对其性能影响进行讨论分析,得出温度、电池结构对电池性能影响比较明显,而阴极气体压强及燃料浓度的影响则相反的结论;(2)利用CFD模型模拟了NSDC体系纳米复合SOFC在工作时气体流道及温度分布情况。分析了复合电解质内部不同载流子随温度改变产生的比例变化趋势,结果表明NSDC体系复合电解质SOFC的最高功率密度下内部质子传导在所有载流子传导中的所占比例随温度的增高而逐渐上升,而氧离子传导的所占比例则下降。(3)通过对合成制备的纯电解质以及包覆碳酸钠的钐掺杂氧化铈-锂化的氧化镍和氧化钴材料(NSDC-LCN)、包覆碳酸钠的钐掺杂氧化铈-锂化的氧化镍和氧化铜材料(NSDC-LNC)纳米复合SOFC进行测试,结果表明纳米复合手段对SOFC的工作性能的提升明显,提升效果与复合入的半导体材料比例有关,由不同复合材料所制备的SOFC性能不同。(4)从材料合成角度入手优化SOFC性能,结合LCN、LNC材料特性,本文合成了新的锂化的氧化钴、氧化镍和氧化铜(LCCN)材料,所制备的NSDC-LCCN体系纳米复合SOFC最高功率密度达0.598 W/cm~2,稳定连续放电时间12.7 h。从SOFC结构角度入手提升性能,本文制备了有内部孔隙率梯度变化结构的纳米复合SOFC,最高功率密度达0.609 W/cm~2。(5)受SOFC自身时间常数影响,较低的电流扫描时间会使得SOFC性能偏高。通过对NSDC-LCCN体系纳米复合SOFC进行实验分析,得出通过增加电流扫描的时间间隔,可以获得近似于长时间稳定放电时SOFC的性能的结论,对NSDC-LCCN体系纳米复合SOFC的时间常数进行了估算。