中温化已成为近年来固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cells,SOFC）领域研究和发展的主要趋势。但由此也会带来电池极化损失,尤其是阴极极化损失的大幅度增加。鉴于上述背景,对阴极材料进行改性,开发中温下高催化活性的阴极至关重要,其中发展复合阴极和构筑纳米结构是阴极改性的重要手段。尽管钙钛矿材料一般在电导率和催化活性等方面具有较为优异的表现,但其与常用的电解质材料往往难以实现良好的化学相容和热膨胀匹配。最近,我们课题组开发了一种新型的CuCo2O4尖晶石阴极材料,在电子电导率及与电解质的热膨胀匹配性等方面均表现良好。但该材料的离子导电性不佳,电化学性能还有待进一步提高,且其反应机制等尚不明确。本论文通过将CuCo2O4尖晶石与高氧离子传导的Er0.4Bi1.6O3-δ（ESB）材料复合,表面修饰,构建一维纳米复合材料等方式,提高了电极中的离子电导率,增加了三相反应活性位点数目。此外,利用电化学阻抗谱及电化学弛豫时间分布等表征及分析手段,深入探究了氧还原反应（ORR）机理和速率控制机制,揭示了电极微结构对其性能的影响规律,为尖晶石基高性能中温阴极材料的开发打下了坚实的基础。采用柠檬酸-EDTA燃烧法合成了CuCo2O4尖晶石和ESB材料。通过热重-差热分析研究了两种材料前驱体随温度的失重情况,确定了各自的最佳煅烧温度。采用XRD表征证实了两种材料的物相结构分别为CuCo2O4尖晶石和ESB。通过机械混合制备了CuCo2O4-ESB复合材料,在800℃下煅烧6 h后,颗粒无团聚且两相相容性良好。优化了电极制备条件,阴极烧结温度为800℃,ESB含量为35 wt.%时,CuCo2O4-ESB复合阴极在800℃下的极化阻抗为0.07Ω·cm2,相比已报道的单相CuCo2O4尖晶石材料降低了42%。不同氧分压下的阻抗谱测试表明,CuCo2O4-ESB复合阴极的ORR反应速率是由电荷转移过程和氧气吸附过程共同控制的。通过静电纺丝和快速烧结的方法制备了CuCo2O4/ESB纳米纤维复合阴极。通过热重分析确定了复合纤维前驱体的热失重情况及适宜的煅烧温度。利用XRD表征证明了该纳米纤维复合材料的物相结构仅由CuCo2O4尖晶石和ESB两相构成。SEM表征结果显示,前驱体样品在空气中700℃快速烧结后形成了由尺寸均匀的纳米粒子组成的纳米纤维,纤维直径约为400 nm。将复合纤维材料与钪稳定的氧化锆（SSZ）电解质材料经机械混合后在空气中800、850和900℃下煅烧6 h后两者基本不发生反应,化学相容性良好。通过SEM-EDS表征确定了对称电池中CuCo2O4/ESB纳米纤维复合阴极与SSZ电解质的界面稳定性和相容性良好。经实验优化,电极烧结温度为850℃,ESB含量为35 wt.%,CuCo2O4/ESB纳米纤维复合阴极在800℃下的极化阻抗为0.021Ω·cm2。在800℃下恒温测试证明了该纳米纤维复合阴极热稳定性较好。不同氧分压下的阻抗谱测试揭示了,ORR过程的反应速率主要由氧的吸附-解离过程控制。对比发现,CuCo2O4/ESB纳米纤维复合阴极的ORR反应弛豫时间更短,反应速率更快。为进一步优化阴极的微观结构,采用溶胶-凝胶法制备了CuCo2O4-修饰-ESB纳米复合阴极材料。采用热重分析确定了该纳米复合材料的热失重情况及适宜的煅烧温度。通过XRD表征证实了该纳米复合材料由CuCo2O4尖晶石和ESB两相构成。通过SEM和TEM表征了纳米复合材料粉体的微观形貌,CuCo2O4纳米粒子均匀分布在ESB基体表面。利用SEM-EDS证实了电极与电解质间良好的界面相容性和稳定性。经实验优化后,阴极烧结温度为850℃,ESB含量为35 wt.%,CuCo2O4-修饰-ESB纳米复合阴极在800℃下的极化阻抗为0.016Ω·cm2,相比复合粉体阴极降低了78%。空气中800℃下恒温测试证明了CuCo2O4-修饰-ESB纳米复合阴极热稳定性较好。不同氧分压下阻抗谱测试以及电化学弛豫时间分布揭示了,ORR过程的速率主要由电荷转移过程控制,同时阴极/气体界面处的氧气吸附过程也起到部分限制作用。