固体氧化物燃料电池(SOFC)是目前最有效的发电装置之一。它因其全固态结构、热电联产高而受到广泛的关注。目前，SOFC有两大发展趋势：一，运行温度的中低温化；二，燃料的多元化。中低温化可以增加各部件材料的选择范围、减少热应力、提高电池的稳定性，从而推进SOFC的商业化进程。燃料的多元化可以使用分散或价格低廉的燃料，而减低SOFC的运行成本，有利于商业化进程。本文的工作主要围绕三个方面展开：一，新材料，即中低温下电导率高的六方磷灰石结构的新电解质材料；二，新结构，即以CGO为电解质的阴极支撑电池；三，新运用，即以SSZ为电解质的阴极支撑管式电池的直接碳燃料的运用。具体成果进展如下：　　 (1)采用液相法合成了六方磷灰石结构的La9.67Si6-xAlxO26+δ(x=0、0.25、0.5、0.75、1、1.25、1.5、2)系列电解质材料，经比较确定溶胶凝胶法合成粉体成相最佳，为纯相的六方磷灰石型结构的材料。随着Al元素的掺杂量的变化，材料的热膨胀系数、电导率及材料结构发生着相应的比变化。硅酸镧系列材料的热膨胀系数略小于传统的电解质材料，一般在9.36-9.88×10-6K-1之间；La9.67Si6O26.5具有最高的电导率，740℃下，约为0.01Scm-1；La9.67Si5AlO26最易致密；La9.67Si5AlO26(LSAO)作为电解质，与LSM系阴极材料在制备及使用温度下是化学相容的。LSM系阴极材料的热膨胀系数略高于LSAO电解质材料的热膨胀系数。在LBSM/LSAO/LBSM对称电池的实验中，界面结合良好，表现出较为理想的电化学性能。极化电阻分别为：1.385、0.813和0.635Ω·cm2对应在750℃，850℃和900℃下。　　 (2)摸索以CGO为电解质的复合膜片各功能层的浆料配方，采用流延法制备了结构为：LSM95/LSCF+CGO/CGO的阴极支撑复合膜，并能够得到符合要求的流延素坯。经过烧结实验，制定了合适的复合膜共烧机制。通过阴极支撑半电池的测试得到基本满足要求的复合膜，即为阳极的研究提供了性能优越的稳定平台。在CGO为电解质的阴极支撑复合膜的基础上，初步制备出阳极，并在650℃下，功率密度的峰值为29.09 mW·cm-2。同时，采用多层浸渍共烧法制备出CGO为电解质的阴极支撑管式电池，结构为：LSM95/LSCF+CGO/CGO/NiO+CGO，并得到性能。　　 (3)制备了以SSZ为电解质的阴极支撑管式电池，发现共烧程度对电解质和阳极微观结构的控制有重要作用，而对电池的电化学性能，稳定性具有显著的影响。在对共烧机制进行优化后，第一次共烧温度为1050℃，第二次共烧1100℃，第三次共烧1250℃的电池，性能达到：在750、800和850℃下分别为490、636和740 mW·cm-2；初步对其稳定性进行了考察，750℃下，电池在368 mA·cm-2恒流放电100小时，并且经历一次热循环，性能基本稳定。在前期实验工作基础之上，对直接碳燃料电池的测试装置进行了设计。以碳黑为燃料，通过氮气载入水蒸气，与碳黑发生重整反应；以氧气作为氧化剂。在初步探索中，表现出较为优越的性能，850和900℃下功率密度峰值分别为91.06和172.66 mW·cm-2。