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固体氧化物电池（solid oxide cell,SOC）是一种在中高温下运行的高效、环境友好的全固态能源转换装置。它可以作为固体氧化物燃料电池（solid oxide fuel cell,SOFC）将燃料氧化以发电,也可以作为固体氧化物电解池（solid oxide electrolysis cell,SOEC）电解水制氢。SOC技术在促进能源尤其是可再生能源的高效利用方面显示了广阔的前景,能很好的缓解由可再生能源间歇性和波动性引起的电网不稳定,起到“削峰填谷”的作用。开发能够适应SOC工作要求的电极材料以及提高SOC的性能等是目前相关研究的重点。本论文针对适用于SOC在燃料电池和电解模式下运行的电极材料以及相关电池的制备和性能进行了研究和探讨,以促进SOC更广泛的应用,具体研究内容如下:（1）开发高性能的阳极支撑型SOFC有助于实现SOFC的低温化和商业化,而电池的制备工艺及结构参数对电池的性能影响显著。流延成型法是一种廉价且可以实现批量生产的电池制备方法。采用流延成型法制备了Ni-YSZ(Ni O-（Zr O2）0.92（Y2O3）0.08)阳极支撑型SOFC,并研究了阳极支撑体造孔剂种类、阳极功能层的厚度及孔隙度、YSZ电解质厚度等因素对电池性能的影响,结果表明:当使用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）作为阳极支撑体造孔剂、阳极功能层厚度约12μm且功能层内不添加造孔剂时（孔隙率约15%）阳极结构最好;减少YSZ电解质的厚度能显著地降低欧姆阻抗,但电解质过薄也会导致电解质的强度不够,影响电池的稳定运行。采用优选的阳极结构、YSZ电解质厚度为8μm、阴极为Ag-GDC(Ag-Ce0.8Gd0.2O1.9)的Ni-YSZ阳极支撑型SOFC单电池在800℃的最大功率密度达到1.2 W cm-2。（2）传统锰酸锶镧(La1-xSrxMn O3-δ,LSM)基阴极在成本、稳定性等方面具有优势,目前仍是推进SOFC商业化最具潜力的阴极材料之一。采用固相法合成了具有A位缺位的(La0.8Sr0.2)0.9Mn O3-δ,并研究了LSM-YSZ复合阴极的缺陷结构、LSM和YSZ的成分比例、孔结构特性和电荷收集方式等因素对阴极及电池性能的影响。结果表明:与化学计量的LSM相比,具有10%A位缺位LSM具有更好的阴极活性;采用聚乙烯醇缩丁醛（PVB）作为阴极浆料粘结剂有助于形成连通的孔道;LSM-YSZ复合阴极最佳的组成质量比为LSM:YSZ=6:4,其优选的孔隙率为28%;在LSM-YSZ复合阴极外增设具有良好孔隙结构的LSM电荷收集层能有效地提升阴极性能,其优选的孔隙率为42%。采用上述优选的LSM基阴极且YSZ电解质厚度为10μm的Ni-YSZ阳极支撑型SOFC单电池在800℃的最大功率密度为780 m W cm-2。（3）针对SOEC中传统Ni-YSZ氢电极容易氧化失活以及LSM基氧电极催化性能不够的问题,采用了在很宽的氧分压范围内都具有高催化活性和化学稳定性的Ag-GDC金属陶瓷作为SOC的对称电极材料。通过测试采用Ag-GDC对称电极的SOC在不同条件下分别在燃料电池和电解模式运行时的电化学性能,并将Ag-GDC电极与经典的Ni-YSZ氢电极和LSCF-GDC(La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ-Ce0.8Gd0.2O1.9)氧电极进行对比,来评估Ag-GDC作为SOFC和SOEC的对称电极材料的潜力。结果表明:Ag-GDC是一种优异的SOC对称电极材料,可用于高效发电和水电解。Ag-GDC中Ag与GDC优选的质量比为4:6。当Ag-GDC作为氧电极时,其在催化SOFC中的氧还原反应（oxygen reduction reaction,ORR）和SOEC中的氧析出反应（oxygen evolution reaction,OER）方面具有比LSCF-GDC更优越的性能。当Ag-GDC作为氢电极时,其在催化SOFC中的氢氧化反应（hydrogen oxidation reaction,HOR）和SOEC中的氢析出反应（hydrogen evolution reaction,HER）方面比Ni-YSZ更活跃;而且该氢电极在很宽的水蒸气分压范围内都能很好的工作,甚至能在100%水蒸气氛围中电解水。采用Ag-GDC对称电极的YSZ电解质支撑（160μm）的SOC在800°C、燃料电池模式运行时（即SOFC）,当氢电极氛围分别为3%H2O/H2和50%H2O/H2时,电池的峰值功率密度分别为395和296m W cm-2;在电解模式运行时（即SOEC）,当氢电极氛围分别为50%H2O/H2和100%H2O时,热中性电压（1.3 V）对应的电流密度分别为600和720 m A cm-2。此外,该SOC在燃料电池和电解模式下都表现出不错的稳定性。（4）针对Ag-GDC电极材料中Ag较高的成本以及较低熔点造成的应用局限性,选择了在还原和氧化环境中均表现出不错的电导率、稳定性和电化学性能的SFM(Sr2Fe1.5Mo0.5O6-δ)基材料作为SOC的对称电极材料,并通过将SFM中的Fe部分用Co替代制备不同Co掺杂量的SFCM(Sr2Fe1.5-xCoxMo0.5O6-δ),以进一步提高SFM基电极在发电和电解水应用中的电化学性能。结果表明:通过在SFM中掺杂Co可以有效的提高SFM基电极的氧空位浓度、电导率和电催化活性。当掺杂量为x=0.5时,即SFC0.5M材料不仅具有更高的电导率,而且以SFC0.5M-GDC作为对称电极的电池无论是在燃料电池还是电解模式下运行时都具有更好的性能。此外,当SFC0.5M作为氢电极材料在还原气氛中还可以观察到Co Fe合金纳米颗粒在电极骨架上的析出和双钙钛矿相向R-P（Ruddlesden-Popper）相的转变,这可能有助于增加氢电极的催化反应活性位点和氧空位,从而促进电池性能的提升。以LSGM(La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O3-δ)作为电解质（200μm）且采用SFC0.5M-GDC作为对称电极的SOC,在800°C、燃料电池模式运行时,当氢电极氛围分别为3%H2O/H2和50%H2O/H2时,电池的峰值功率密度分别为1038和625m W cm-2;在电解模式运行时,当氢电极氛围分别为50%H2O/H2和100%H2O时,热中性电压对应的电流密度分别为1368和1625 m A cm-2。