电能是人类使用最广泛的二次能源,由于这种能源输送简单,使用方便,已经成为人类社会发展不可或缺的必要元素。全球的电能生产严重依赖于燃煤发电。依据目前现有的科学技术水平和发展速度,使用燃煤发电方法还将继续维持一段时间。但是现有火力发电技术的煤电转换效率只有40%左右,这造成了大量的能源浪费和二氧化碳的排放。因此,为了实现可持续发展,开发出全新的、高效的煤电转换技术就变得极为重要。直接碳燃料电池能够将储存在碳燃料中化学能直接转化成电能,避免了多重能量转化过程导致的能量损失,因此具有很高的转化效率。这为高效和清洁的使用煤电提供了一种很有前景的方法。但是现有的直接碳燃料电池还存在阳极反应活性缓慢、燃料中杂质对阳极反应影响不明、工作温度较高等问题,限制了直接碳燃料电池实用化进程。因此,针对这些问题,本文开展了提高碳的反应活性的研究、杂质对碳阳极反应活性的影响的研究、碳燃料在低温条件下氧化的研究。研究了在阳极电解质中引入过渡金属氧化物V₂O₅、MoO₃、CuO,利用其具有的变价特性来促进碳的间接电氧化过程发生,从而提高了碳电氧化速率。发现在750 ^oC下,V₂O₅、MoO₃、CuO分别将碳的起始氧化电位从-0.85 V负移到-0.87 V、从-0.80 V负移到-0.85 V、从-0.83 V负移到-0.89 V。在-0.4 V电位下,V₂O₅、MoO₃、CuO分别将碳电氧化性能从101.4 mA cm^-2提高到172.9 mA cm^-2、从93.6 mA cm^-2提高到135.6 mA cm^-2、从62.0 mA cm^-2提高到168.7 mA cm^-2。稳态的测试结果证明了V₂O₅、MoO₃、CuO的催化作用是稳定的。根据电化学测试结果分析讨论了过渡金属氧化物对碳电氧化反应的促进作用机理。研究了不同方法制备的二氧化铈对碳电氧化性能的影响。将二氧化铈和石墨粉混合、压制成消耗性阳极,采用这种电极形式的目的是加强催化剂和反应物的接触程度来提高催化效果。经电化学测试发现溶胶凝胶法制备的二氧化铈具有最高的催化性能。在750 ^oC下,溶胶凝胶法制备的CeO₂将碳在-0.4 V处的电氧化性能从117 mA cm^-2提高到196 mA cm^-2,性能提高近一倍。碳电氧化反应的活化能从42.8 kJ mol^-1降低到14.9 kJ mol^-1。计时电流测试证明二氧化铈的催化过程是可持续的、稳定的。通过SEM和XRD表征发现反应前后二氧化铈形貌和结构均发生了改变。循环伏安法测试验证了二氧化铈能够发生电化学的氧化还原反应。热重分析证明了在高温条件下,二氧化铈能够与碳发生化学反应。并且通过以上实验结果探讨了相应的二氧化铈的催化机理。研究了在熔融碳酸盐中添加五种不同硫价态的无机含硫物质:CaSO₄、K₂SO₃、K₂S、S、FeS₂,考察含硫化合物对碳电氧化的影响。发现在高温条件下,CaSO₄中的Ca会促进Boudouard反应发生,增加阳极碳氧化过程的反应途径,提高阳极反应活性。其他四种硫化物在阳极反应过程中,会发生电氧化,这些物质中的硫价态会升高。而且硫的电氧化过程与碳的电氧化过程是平行反应,两个过程不互相干扰。因此,实验结果证实这些硫化物不会对碳电氧化过程产生影响。而且,少量的硫化物还可以作为燃料使用。研究了磷钼酸作为媒介引入到阳极溶液中,利用其较强的氧化性实现了碳在低温下的间接电氧化过程。考察磷钼酸和碳材料之间的化学反应,发现椰壳活性炭的活性要高于煤和煤质活性炭。通过循环伏安法测试,分析出磷钼酸中+6价Mo可将碳材料氧化,且被还原成+5价,随后又在电极上重新被电氧化回+6价Mo,这个过程将从碳材料上获得的电子转移到电极上,实现了碳在低温条件下的间接电氧化过程。通过对光照的条件下测试,证实光对磷钼酸催化活性炭电氧化反应有两方面的促进作用:光的热效应使溶液的反应的温度升高,有利于反应速率的提高;另外磷钼酸具有光催化特征,能够利用其特有结构吸收光能,提高磷钼酸本身的氧化速度和能力,提高碳氧化反应速率。全电池测试验证了碳燃料电池在常温条件下运行的可行性,为碳燃料电池在低温下运行提供了一个可行的方法。