固体氧化物燃料电池（Solid oxide fuel cell,SOFC）是一种低污染、高转换效率的全固态电化学发电装置,受到了国际上的广泛研究。目前常用的SOFC高性能阴极主要为混合离子-电子导体（Mixed ionic-electronic conductor,MIEC）,通常具有较高热膨胀系数（Thermal expansion coefficient,TEC）,导致阴极与电解质间存在较严重的热失配问题,从而影响长期稳定性,阻碍了其实际应用。针对该问题,本文采用在阴极中添加负热膨胀（Negative thermal expansion,NTE）氧化物的方法,希望通过降低复合阴极TEC,改善阴极/电解质界面的热匹配性,进而提升电池的电化学性能和长期稳定性。首先,在高催化活性Fe基MIEC阴极Ba0.5Sr0.5Fe0.8Cu0.1Ti0.1O3-δ（BSFCT）中引入了NTE氧化物Sm0.85Zn0.15Mn O3（SZM）。X射线衍射（X-ray diffraction,XRD）结果表明,BSFCT、SZM和电解质Ce0.8Sm0.2O2-δ（SDC）氧化物在高达1173 K时具有良好的化学相容性。致密BSFCT-x SZM（x=0,10,20和30 wt.%）的平均线性TEC从x=0 wt.%的29.2×10-6 K-1显著降低到x=30 wt.%的15.6×10-6K-1。对Ni O-BZCY|SDC|BSFCT-x SZM构型单电池在773-973 K的电化学性能进行了测试,结果表明,x=20 wt.%单电池具有最佳性能,相应的峰值功率密度（Peak power densities,PPDs）为136-918 m W·cm-2,比单相阴极BSFCT的PPDs(39-559 m W cm-2)高249%-64%。这是因为随SZM含量增加,阴极/电解质层的热匹配性不断改善,而复合阴极氧还原反应活性则因BSFCT含量减少而降低。由于阳极/电解质界面形成了电子阻挡层,所有单电池的开路电压均高于1.0 V,明显高于传统O-SOFC的开路电压（＜0.9 V）。其次,为了进一步验证SZM在MIEC阴极中应用的普适性,将SZM氧化物引入到高催化活性的Co基MIEC阴极Ba0.5Sr0.5Co0.75Fe0.2Nb0.05O3-δ（BSCFN）中。XRD结果表明,BSCFN、SZM和SDC同样具有良好的化学相容性。致密BSCFN-x SZM（x=0,10,20和30 wt.%）在373-1023 K温区内的平均TEC从x=0 wt.%的18.6×10-6 K-1降到x=30 wt.%的14.7×10-6 K-1。在773-973 K温区内,对Ni O-BZCY|SDC|BSCFN-x SZM构型单电池的电化学性能进行了测试,结果表明,x=20 wt.%时单电池的性能也是最佳,相应的PPDs为241-1122 m W·cm-2,比BSCFN阴极单电池的PPDs(208-931 m W·cm-2)高约16%。PPDs提升效果不明显的原因应是BSCFN阴极与SDC电解质的TEC差别不大,因此热匹配性改善带来的性能提升相对较小。此外,对阴极分别为BSCFN和BSCFN-20SZM的单电池进行了长达100 h的长期稳定性对比测试。结果表明:BSCFN-20SZM单电池的PPD衰减了21%,明显低于BSCFN单电池衰减值（36%）,即SZM添加的确能提高单电池的长期稳定性。总之,在阴极中添加负膨胀氧化物SZM不仅可降低阴极TEC,改善阴极和电解质部层间的热匹配性,提升单电池电化学性能的同时,还能明显提高单电池长期稳定性。阴极热膨胀系数越大,NTE添加的改善效果越显著。综合结果表明:在阴极中适当添加NTE型SZM氧化物方法的确是一种有效提高O-SOFC综合性能的策略。