固体氧化物燃料电池(SOFC)可以将燃料中化学能直接转化为我们可以使用的电能,是一种清洁高效的能量转换装置。当今社会,在能源危机和环境恶化的双重压力下,SOFC的研究和应用具有重要的意义。但是SOFC商业化的步伐直较为缓慢,这主要是由于传统的SOFC工作温度高达800～000℃,导致电池组启动时间长,制备和运行成本高,而且电池组分间扩散和老化现象严重。实现SOFC低温化操作是当前SOFC发展的重中之重。根据电解质传导离子的不同,SOFC又可分为氧离子型SOFC (O-SOFC)和质子型SOFC (P-SOFC)。与传统的O-SOFC相比,P-SOFC具有较低的离子传导活化能,因而更适合在低温下操作。本论文以P-SOFC的低温化运行为研究重点,剖析了P-SOFC在降低工作温度过程中面临的困难与挑战即电解质化学稳定性下降和电池电输出性能较低等,并以此为依据通过对质子导体材料组分改性以及对P-SOFC数结构优化来提高电解质化学稳定性,降低电极极化电阻,提高电池性能和寿命。本论文主要研究结果如下：(1).第一章：介绍了SOFC的发展现状及面临的挑战,并重点对P-SOFC进行了介绍,从P-SOFC的电解质,阴极,阳极材料三个方向分析了P-SOFC所面临的问题以及解决问题的途径。在此基础上确立了本论文的主要研究方向,即：1)探索电解质组分改性研究,提高电解质化学稳定性；2)电极微结构优化研究,加快电极反应速率,提高电池输出性能。(2).第二章：针对传统的B位阳离子掺杂无法同时提高BaCeO3基质子导体化学稳定性及质子电导率的问题,采用独特的氟离子掺杂的方式,利用F一部分取代氧化物中的O2-,降低氧化物的路易斯碱性,完善对氧化物稳定性的改性研究。结果显示氟离子掺杂不仅有利于提高BCS (BaCe0.8Sm0.2O3-δ)的化学稳定性,而且促进了复合电极中的质子迁移过程,提高单电池的电性能和运行稳定性。700-C时,最大功率密度为420 mW cm-2,单电池经过140小时的开路电压稳定性测试,开路电压仅由0.99 V缓慢降至0.96 v,与BCS相比,显示出了良好的电性能与化学稳定性。此外,我们利用内标法对块体BCS材料与CO2反应的过程进行了分析,发现反应过程中表面反应阶段的反应速率远高于体相反应速率。这可能会导致处于具有较大比表面积的阴极粉体中的铈酸钡组分更容易与CO2反应并发生分解。(3).第三章：基于P-SOFC阴极反应的速度控制步骤研究,采用浸渍法对阴极的微结构进行优化,加速电极反应速率。通过在SSC-SDC复合阴极表面浸渍SSC纳米粒子,成功地降低了对称电池的极化阻抗,700-C时电极极化阻抗由1.14Ωcm2降至0.234Ωcm2,且反应活化能由1.14eV降至0.78eV。阻抗谱分析研究表明,极化阻抗的减小主要来源于SSC纳米浸渍颗粒可促进氧离子表面迁移过程。(4).第四章：成功应用相转化-流延法制备了平板状P-SOFC阳极支撑体,制备了同时具有阳极功能层及指孔结构的阳极支撑体。以此为基础制备的单电池(BZCY35-LSCF/BZCY35/BZCY35-Ni)性能优异,700℃时最高功率密度为746mW cm-2,极化阻抗仅为0.04f2 cm2；重要的是,该电池在低温下也具有优异性能,500℃时,最高功率密度为192mWcm-2。对阻抗谱数据的DRT分析表明,高温下电池的极化电阻几乎都来自于阴极极化,而低温下,阳极极化对电池极化电阻也有贡献。使用甲醇作为燃料时,单电池也具有较好的放电性能,700℃时最大功率密度达到500 mW cm-2,极化阻抗仅为0.11Ωcm2,这表明指孔状阳极支撑体能很好地促进碳氢燃料的输运,并对其氧化反应具有很好的催化性。(5).第五章：证明了Ba2Co9O14 (BCO)作为质子导体SOFC阴极的可行性。研究结果表明,在中温SOFC的温度范围(650℃-750℃)内,BCO与质子导体电解质BZCY具有较好的化学相容性。BCO/BZCY复合阴极极化电阻随BCO含量改变而改变,当复合阴极中含70%BCO时,界面极化最小。以此为阴极,750℃时,单电池的极化电阻为0.07Ωcm2,最大输出功率密度为675mW cm-2。(6).第六章：对文中涉及的工作进行了总结,对各部分工作所获得的成果进行了阐述,对工作的意义进行了评论,同时针对现有的研究结果对未来可进行的研究进行了展望。