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固体氧化物电池（Solid Oxide Cell,SOC）是一种能够分别以固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell,SOFC）模式和固体氧化物电解池（Solid Oxide Electrolysis Cell,SOEC）模式运行的高温能量转化装置。SOC可以实现化学能与电能之间直接相互转化。SOC具有环境友好和能量转换效率高等优点。发展固体氧化物电池可以减少对不可再生化石能源的依赖和减少温室气体的排放,有利于改变能源结构和实现CO2气体的可循环利用。SOC目前存在的主要问题是:一方面,燃料极在SOFC模式下的输出性能较低和燃料适应性较差;另一方面,燃料电极在SOEC模式下对CO2的催化还原活性不高,电解CO2的电流效率也普遍较低。本文从发展新型SOC燃料电极材料出发,系统地研究了钙钛矿型Fe基氧化物La0.3Sr0.7Fe0.7Ti0.3O3-δ（LSFT）在SOC两种工作模式下的应用,测试了相关性能,并对相关的机理进行了分析。采用传统的固相反应法制备了LSFT电极材料,进行了基本的物相分析和容限因子的计算,进而考察了LSFT阳极在还原性气氛条件下的稳定性。通过LSFT与SrFe0.7Ti0.3O3（SFT）的对比,总结了A位稀土La掺杂后对结构、抗烧结、电输运、热膨胀和电化学性能的影响规律。考察了LSFT作为对称电极材料的应用。在800 oC使用微米级颗粒尺寸LSFT,分别作为阳极和阴极时对应的极化电阻分别为0.25Ωcm2和0.11Ωcm2。采用400μm厚YSZ（Yttria-Stabilized Zirconia）电解质支撑的电池,用H2作为燃料时最大输出功率密度为215 mW cm-2,并且在40 h恒流放电过程中电池无明显衰退。针对SOFC燃料电极（阳极）在使用碳氢燃料时,容易出现的抗碳沉积和耐硫中毒能力差的难题。本论文着重考察了LSFT阳极,使用碳氢燃料时的燃料适应性。研究了LSFT阳极在湿CH4燃料气氛当中的抗积碳能力和短期工作稳定性。结果表明,以LSFT作为阳极的电池在850 oC使用湿CH4的开路电压（OCV）为0.89 V。在40 h的电池恒流放电测试内,电压的衰退比例为4.5%。考察LSFT阳极在使用含H2S的H2燃料时阳极的耐硫中毒能力后,发现LSFT阳极具有较好的耐硫中毒能力,H2S中毒阈值非常高（300 ppm）。另外,研究发现LSFT可以作为直接碳固体氧化燃料电池（Direct Carbon Solid Oxide Fuel Cell,DC-SOFC）的阳极材料。提出了采用阳极气室内预充氧气的实验方法,来降低浓差极化和减缓电池的衰退。针对目前在SOEC模式下钙钛矿氧化物燃料电极（阴极）,电解CO2的阴极极化电阻大和电流效率低的问题。本文提出的解决方案是应用新型Fe基钙钛矿氧化物LSFT作为燃料电极。系统地研究了对称电解池直接电解CO2的电化学性能,阐述了电极反应的相关机理,分析了LSFT阴极具有极高催化活性的原因。发现低电压（0.25 V）下的电化学还原（Fe4+→Fe3+）和明显的高温CO2化学吸附,是LSFT阴极具有极好的电化学还原CO2活性的主要原因。在直接电解CO2的实验中,创新性的采用氧浓差电池的新方法来测量电解电流效率。通过进行不同气体流速和电解电流密度的系统研究,提出了漏氧机制是影响法拉第电流效率的主要原因。