固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,简称SOFC),是一种在中低温条件下直接与氧化剂发生反应,环境友好地将储存在燃料中的化学能直接转化成电能的全固态化学发电装置。由于全固态氧化物燃料电池具有燃料适应性广、能量转化效率高、全固态易保存、模块化生产组装、零化学污染等优点,因此受到了广泛的关注,具有广阔的应用前景。但由于全固态氧化物电解质中氧离子的释放及扩散率较低,离子电导率有待提高,导致固态燃料电池的发展和应用受到限制。针对上述问题,本文通过第一性原理和分子动力学方法,研究了扭转晶界缺陷、倾斜界缺陷、材料晶粒度以及磷元素掺杂对固体电解质材料二氧化铈中氧离子的扩散及其离子导电性能的影响。计算结果表明晶粒度为2 nm、3 nm、4 nm,5 nm的二氧化铈多晶结构模型中的氧离子扩散率分别比二氧化铈单晶结构高53.7%、16.9%、6.3%,3.1%。在1200 K温度下,晶粒度分别为2 nm、3 nm、4 nm,5 nm的二氧化铈多晶结构模型中的离子电导率比二氧化铈单晶结构高39.8%、25.5%、11.4%,2.5%。晶粒度为2 nm、3 nm、4 nm,5 nm的二氧化铈多晶结构模型中氧离子的扩散激活能比单晶结构模型分别低22.7%、10.2%、5.6%,3.8%。对于二氧化铈Σ5扭转晶界模型而言,扭转晶界缺陷可以为氧离子的迁移提供能量,降低氧原子的扩散迁移能垒。Σ5扭转晶界中氧离子的扩散激活能垒比单晶结构低12.3%,离子电导率提高34.7%。对于二氧化铈Σ5(210)[001]晶界模型而言,晶界缺陷也可以为氧离子的迁移提供能量,降低氧原子的扩散迁移能垒。Σ5(210)[001]晶界结构中氧离子的扩散激活能垒比单晶结构低7.59%,离子电导率提高21.0%。因此我们可以认为晶界缺陷可以作为二氧化铈中氧离子快速扩散的通道。磷原子的掺杂使二氧化铈多晶结构模型中产生新的氧空位缺陷,掺杂浓度为1.04%的磷元素掺杂使二氧化铈中氧离子电导率提高52.1%。