固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种能量转化装置,因其高效、低污染和燃料适应性强等多方面的优点,日益受到人们的关注。电解质是SOFC的核心部件,在很大程度上决定了SOFC的工作温度。SOFC中的固体电解质通常采用Y₂O₃稳定的Zr O₂（YSZ）,但是YSZ只有在高温（900-1000 oC）下才有较高的离子电导率,而电池在高温下工作会引起组成部件之间的化学反应、材料的热膨胀系数不匹配、电池老化、电极烧结以及材料层之间的扩散等问题导致电池性能降低。目前,为了加速SOFC的商业化,人们做了很多工作发展中温固体氧化物燃料电池（IT-SOFC）。IT-SOFC由于其工作温度较低（500-800 oC）,从而增大了电池材料的选择范围,降低了电池元件的制作难度以及改善了电池长期工作的可靠性,所以研究IT-SOFC具有重要的意义。因此,需要研制在中温区（500-800oC）具有较高电导率的电解质材料以降低SOFC的工作温度。掺杂CeO₂基电解质被认为是IT-SOFC最有希望的电解质之一,因为其具有较高的氧离子电导率以及和电极有很好的化学匹配性。在中温区,GDC（Gd掺杂CeO₂）的离子电导率比YSZ高¹0倍并且其在低氧分压下有较好的稳定性,因此GDC在IT-SOFC应用中是一种很有希望的电解质。对于多晶的掺杂CeO₂基电解质陶瓷材料,晶界对总的传导性能有很大的影响,特别是在中低温区,晶界电阻对样品总电阻的影响更加显著。在多晶CeO₂基电解质中,表观单位晶界电导率比晶粒电导率低2-3个数量级。影响晶界离子电导的两个主要因素是空间电荷层效应和杂质阻塞效应。由于高纯的原料很贵并且在陶瓷的制备和烧结过程中也会不可避免地引入SiO₂,所以开发电导率高并且对SiO₂耐受性高的新型电解质材料具有重要意义。此外,SOFC的输出性能既和电解质的性能有关,又和电极—电解质界面的电化学特性有关。因此,在开发新电解质材料的同时,有必要研究电极和新电解质之间界面的电化学特性。本文以掺杂CeO₂基电解质为主要研究对象,制备不同晶粒尺寸的GDC电解质样品,并且运用复合材料的设计思想,制备导电性良好、对SiO₂耐受性高的新型电解质材料。通过交流阻抗谱测试研究其电化学特性,研究电极和新电解质界面的电化学特性并分析产生的原因。为设计电导率更高、对SiO₂耐受性更高的中温SOFC电解质材料奠定基础,最终达到提高SOFC输出性能、延长SOFC工作寿命的目的。为了提高掺杂CeO₂基电解质的晶界电导率,人们研究了晶粒尺寸变化对电性能的影响。只有先确定晶粒尺寸与空间电荷势的关系,然后才能准确理解晶粒尺寸与晶界电导率的关系。然而,对于Ce_0.9Gd_0.1O_1.95（GDC）电解质,关于晶粒尺寸与空间电荷势间的依赖关系还未见报道。本文将同时考虑空间电荷层效应和杂质阻塞效应这两种因素对GDC晶界阻塞效应的影响,对GDC晶粒尺寸与其电学性能间的关系进行系统分析。制备了不同晶粒尺寸的GDC电解质样品。XRD测试结果显示,GDC电解质样品经1150、1250、1350和1450 oC烧结10 h后均为单相的立方萤石结构。SEM测试结果显示,随烧结温度的逐渐增加,样品的平均晶粒尺寸逐渐增大。交流阻抗谱测试结果显示,当相对密度小于95%时,样品的晶粒电导率和宏观晶界电导率均会减小。当相对密度大于95%时,晶粒尺寸的变化对样品的晶粒电导率影响很小,随着晶粒尺寸的减小,样品的宏观晶界电导率逐渐增大,主要归因于杂质稀释,与空间电荷层效应无关。晶粒尺寸的变化对样品的电极—电解质界面极化电阻影响很大。单电池测试结果显示,GDC电解质晶粒尺寸变化会影响单电池的输出特性,以对应平均晶粒尺寸为0.50μm的GDC（1250 oC烧结）为电解质的单电池具有最好的输出性能,在800 oC时最大功率密度达到0.67Wcm-2。尽管在Ce_0.9Gd_0.1O_1.95-xmol%MgO（GDC-xMgO）电解质的研究中取得了一些成果,但是加入MgO对GDC的晶粒电导率、晶界电导率、总电导率以及电池性能的影响还没有系统研究。因为晶粒尺寸变化会影响晶界电导率,因此有必要知道GDC-x MgO电解质中晶粒尺寸和晶界电导率的关系。而且,加入MgO之后,晶界电导率随晶粒尺寸变化的规律是否和GDC的一致,也是一个很有意义的话题。本文制备了GDC-x MgO（x=0,1,5,10和15）电解质材料并且通过在1200、1300和1400 oC烧结10 h得到不同晶粒尺寸的GDC-x MgO电解质样品。XRD测试结果显示,所有样品均为立方萤石结构。当复合5 mol%MgO时出现了MgO的衍射峰,并且MgO的衍射峰的强度随着复合MgO含量的增加而增加,没有观察到其它相的衍射峰。SEM测试结果显示,复合1 mol%MgO可以促进GDC晶粒生长,这归因于粘性流动烧结机理。交流阻抗谱测试结果显示,在GDC中加入MgO后可以提高晶界电导率,降低晶界阻塞效应,减小晶粒尺寸变化对晶界电导率的影响,是因为MgO可以和SiO₂反应生成Mg₂SiO₄,对SiO₂具有清扫效应。晶粒尺寸的变化对样品的晶粒电导率影响很小。晶粒尺寸的变化会影响样品的宏观晶界电导率,当dg>0.4μm时,随着晶粒尺寸的减小,样品的宏观晶界电导率逐渐增大,过小的晶粒尺寸（0.2<dg<0.3μm）会使样品的宏观晶界电导率减小。样品的空间电荷势没有变化。在GDC中加入MgO后可以减小样品的电极—电解质界面极化电阻。单电池测试结果显示,以1200°C烧结10 h的GDC-1MgO为电解质的单电池具有最好的输出性能,在800 oC时最大功率密度达到0.73 W cm-2。与添加Mg²⁺相比,我们期望掺杂较大离子半径的Sr²⁺会对晶界传导产生一个不同的影响。而且,到目前为止,加入SrO对GDC的晶粒电导率、晶界电导率、总电导率以及电池性能的影响还没有系统研究。Ba_0.8Sr_0.2Co_0.7Fe_0.2Nb_0.1O_3-δ（BSCFN）是一种很有希望的新型阴极材料。本文制备了Ce_0.9Gd_0.1O_1.95-x mol%SrO（GDC-x SrO,x=0,1,5,10和15）电解质材料并且通过在1350和1450 oC烧结10 h得到不同晶粒尺寸的GDC-xSrO电解质样品。制备了BSCFN-GDC阴极材料,而且制备了对称电极电池。XRD测试结果显示,所有样品均为单相立方萤石结构。当掺杂15 mol%SrO时,出现了SrCeO₃的衍射峰,没有观察到其它相的衍射峰。SEM测试结果显示,复合1 mol%SrO可以促进GDC晶粒生长,这归因于粘性流动烧结机理。交流阻抗谱测试结果显示,随着SrO复合含量的增多,样品的晶粒电导率逐渐减小。复合SrO后,样品的晶界电导率增大,并在x=1时达到最大值,继续增大SrO含量,晶界电导率减小。在GDC中加入SrO可以显著提高晶界电导率,其主要原因是清扫效应。在GDC中加入SrO后,样品的电极界面极化电阻减小。与1450°C烧结的GDC-x SrO电解质样品相比,1350°C烧结的样品具有较高的晶界电导率和总电导率以及较小的电极—电解质界面极化电阻。单电池测试结果显示,以1350°C烧结10 h的GDC-1SrO为电解质的单电池具有最好的输出性能,在800 oC时最大功率密度达到0.84 W cm-2。在GDC中双掺MgO+SrO,MgO能清扫SiO₂杂质,SrO能促进清扫。本文制备了GDC和Ce_0.9Gd_0.1O_1.95-1 mol%MgO-x mol%SrO（GDC-1MgO-x SrO,x=0,1,5和10）新型电解质材料。制备了BSCFN-GDC阴极材料,而且制备了对称电极电池。XRD测试结果显示,所有样品均为单相立方萤石结构,没有观察到其它相的衍射峰。SEM测试结果显示,复合1 mol%MgO+1 mol%SrO可以促进GDC晶粒生长,这归因于粘性流动烧结机理。交流阻抗谱测试结果显示,随着SrO复合含量的增多,电解质样品的晶粒电导率逐渐减小。复合MgO+SrO后,样品的晶界电导率增大,并在x=1时达到最大值,继续增大SrO含量,晶界电导率减小。在GDC中加入MgO+SrO可以显著提高晶界电导率,其主要原因是清扫效应。在GDC中加入MgO+SrO后,样品的电极—电解质界面极化电阻减小。单电池测试结果显示,以1450°C烧结10 h的GDC-1MgO-1SrO为电解质的单电池具有最好的输出性能,在800 oC时最大功率密度达到0.77 W cm-2。