固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell,SOFC）因具有能量转换效率高、污染少、对环境友好等优点被认为是21世纪的绿色能源。在SOFC的关键材料中,电解质材料是最核心的部分。传统的氧化钇稳定的氧化锆（yttria stabilized zirconia,YSZ）电解质,由于使用温度高（800℃以上）,会引起电解质老化、电极-电解质界面反应、电极烧结以及连接材料的选择等问题,从而限制了SOFC的发展和商业化运用。在对新型的电解质材料的研究中,掺杂萤石结构或白钨矿型氧化物因具有较高的离子电导率而被认为是有可能代替YSZ的新型电解质材料。Gd³⁺和Sm³⁺掺杂的Ce_O2（GDC和SDC）在中温范围内（500-700℃）具有较高的电导率而被广泛研究和应用;白钨矿型复合氧化物由于可观的离子电导且几乎不产生电子电导,也在近期引起了人们的广泛兴趣。本论文围绕萤石结构和白钨矿结构这两种体系材料的制备展开,研究其电性能并讨论其用作SOFC电解质材料的可能性。主要研究内容如下:详细研究了具有萤石结构的Gd³⁺、Mg²⁺以及Sm³⁺、Fe³⁺共掺杂CeO₂基电解质材料的晶体结构、烧结温度和电性能。对MgO掺杂的GDC测试发现,MgO的掺杂量较少时,体系的离子电导率变化不大,甚至会略微下降;当MgO的掺杂量增加到6%mol时,在800℃时的电导率上升到0.0203S·cm^-1。因为MgO在GDC中固溶度较低,掺杂MgO后在GDC晶界析出,低掺杂量时晶粒电导几乎不变;但是随着添加MgO量的增加,晶界电导率明显提高引起总电导率的增加。溶胶-凝胶法制得的Ce_0.8Sm_0.2-xFe_xO_2-δ粉体具有较好的烧结活性,在700℃下煅烧可形成结晶良好的萤石结构固溶体,1400℃烧结4h即可形成均匀致密的电解质陶瓷。Fe³⁺掺杂SDC可以提高其电导率,Ce_0.8Sm_0.2-xFe_xO_2-δ的电导率随掺杂量的增加而增大,800℃时的电导率在掺杂量为10%mol时达到最大值0.0263 S·cm^-1。研究了Sm₂O₃掺杂对萤石结构的氧化钇稳定的四方氧化锆多晶陶瓷电解质材料（Y-TZP）的相结构、烧结性能、力学性能及电性能的影响。实验结果表明:Sm₂O₃能固溶于Y-TZP中而维持萤石结构,Sm₂O₃的掺入能提高Y-TZP材料的机械强度和电导率以满足SOFC固体电解质材料的使用要求。研究了稀土掺杂白钨矿型复合氧化物的相结构、烧结行为和电化学性能。结果表明,掺杂离子半径较大的三价镧离子或钐离子,会使得白钨矿晶胞参数增大,形成氧空位导致基体材料的离子电导率的增大。此类复合氧化物具有较好的烧结活性,在1250℃烧结4h即可得到相对密度超过95%的较为致密的电解质陶瓷,满足固体氧化物燃料电池电解质材料的使用要求。通过氧浓差电池测试研究发现,白钨矿型氧化物的导电类型主要为离子电导,从而此类材料在SOFC中有较大的潜在应用。为研究掺杂氧化铈电解质材料的燃料电池性能,以GDC为电解质材料,LSCF-GDC(LSCF=La_1–xSr_xCo_1–yFe_yO₃)为复合阴极,NiO/GDC为阳极材料构建单电池。电化学分析表明单电池具有较好的电化学性能,800℃时的功率密度达到88m W·cm^-2。电池性能的提高可归因于复合阴极引起三相界面（TPB）扩展,增加了离子导电性。因此,以GDC为电解质材料,LSCF-GDC为复合阴极可以获得优良的电池性能。