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发展中温固体氧化物燃料电池（IT-SOFCs）成为当前SOFCs的主要研究方向。本论文以Sc2O3稳定ZrO2（SSZ）基IT-SOFCs作为研究对象,对SSZ电解质的物理性能和电化学性能进行系统地研究。提出了Ni-SSZ梯度阳极结构的设计,改进了SSZ基IT-SOFCs阳极的性能。此外,还开发了新型Pr0.6Sr0.4FeO3-δ-Ce0.9Pr0.1O2-δ（PSFO-CPO）复合阴极材料,并且利用静电纺丝技术获得PSFO-CPO纳米纤维复合阴极,改进了SSZ基IT-SOFCs阴极的性能。通过溶胶-凝胶法成功地制备了单相SSZ粉体,它的平均粒径为90 nm,比表面积达到8.7 m2·g-1,适用于流延成型法制备SSZ电解质。SSZ素坯分别在不同温度下烧结。随着烧结温度的增加,气孔逐渐减少,晶粒逐渐长大,致使SSZ素坯收缩和致密化。其中,1550 oC烧结的样品抗弯强度最高,达到708 MPa。而过高的烧结温度,导致烧结的样品晶粒过大,抗弯强度降低。1550 oC烧结的样品电导率最高,在800 oC电导率达到0.14 S·cm-1。1550 oC烧结的电解质的单电池展现了最佳的放电性能,在650 oC、700 oC、750 oC和800 oC的最大功率密度分别为0.18、0.36、0.51和0.72 W·cm-2。采用流延成型法和共烧结技术成功地制备了Ni-SSZ梯度阳极的阳极支撑型SOFCs。通过热重-差热和热收缩实验研究了素坯的热分解和烧结行为,优化了烧结制度。通过调节造孔剂的含量,阳极中的孔隙率和孔径尺寸从内层到外层逐渐增加。内层阳极的孔径小、比表面积高,能够提供更多的电化学反应活性位点;外层阳极的孔径大、孔隙率高,更有利于燃料气体的扩散。Ni-SSZ梯度阳极的单电池的电化学性能高于Ni-SSZ非梯度阳极的单电池,在800 oC的功率密度分别为1.00 W·cm-2和0.8 W·cm-2,性能提高了25%。为了简化电池制备过程,采用层压法制备Ni-SSZ/SSZ/LSM-SSZ单电池,并优化了共烧结制度。为了改善阴极的性能,采用“一锅法”成功地制备了PSFO-xCPO（x=0-50 wt.%）新型复合阴极材料。1000 oC烧结后,形成PSFO和CPO相。PSFO和CPO颗粒均匀分布,相互连接,形成三维网络结构,能够提供更多的电化学反应位点。PSFO-xCPO中,随着CPO含量的增加,促进了氧离子在阴极的传导,提高了复合阴极的电化学性能。PSFO-40CPO的体积比接近理论值68:32,CPO颗粒之间相互连通,能够有效的改善氧气的吸附和氧离子的传导。当CPO过量时,PSFO的连通性降低,导致电子传导通道受阻,电化学反应活性位点减少。PSFO-40CPO的单电池展现了最佳的放电性能,在800 oC的最大功率密度为1.30 W·cm-2。GDC阻挡层有效地降低了PSFO-xCPO阴极与SSZ电解质的热膨胀系数不匹配性,阻挡了PSFO-xCPO阴极与SSZ电解质的化学反应。100 h稳定性实验后,在SSZ电解质/GDC阻挡层/PSFO-40CPO阴极界面没有明显的化学元素扩散,放电性能没有衰减。采用一步静电纺丝法成功地制备了PSFO-40CPO纳米纤维复合阴极。900 oC烧结后,形成PSFO和CPO相。PSFO-40CPO纳米纤维的直径大约为100 nm,PSFO和CPO颗粒的直径大约为20-40 nm。纳米纤维结构阴极颗粒之间有序连接,孔隙率高,形成三维网络多孔结构,为氧离子的传导和电荷的传导提供了一个高速通道。有效地延长了三相反应界面长度,改善了阴极的性能。PSFO-40CPO纳米纤维结构阴极的电化学性能优于PSFO-40CPO粉体结构阴极,在800 oC的RP分别为0.072Ω·cm2和0.10Ω·cm2,RP降低了28%。