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固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种可将燃料的化学能直接转化为电能的高效率转换装置,具有能量转换效率高,清洁无污染,燃料选择灵活性等优点,已成为最具潜力的发电技术之一。与其他燃料电池相比,SOFC可以直接使用碳氢化合物作为燃料,而不需要使用复杂昂贵的外部燃料重整器。SOFC的内部重整有两种方式:一种是在SOFC阳极内直接实现,称之为内部重整,另一种是利用催化剂重整燃料来实现,称之为间接内部重整。因此研究和开发具有高效内部重整的阳极和催化剂对SOFC的发展具有重要意义。目前使用范围最广的Ni–YSZ复合阳极,具有高的氧离子电导和电子电导,对燃料氧化具有高催化活性,但在直接使用碳氢燃料时,由于Ni对积碳反应的高催化活性及对燃料中H2S杂质的解离吸附作用等,会产生致命的碳沉积及硫中毒,并最终使电池性能退化,因此开发高性能抗积碳耐硫中毒的新型SOFC阳极材料对于SOFC的商业化进程有重要作用。本文将着力于对混合离子–电子导体SOFC阳极材料的开发。钙钛矿材料由于其缺陷性结构,当作为SOFC阳极材料时,可同时传导电子和氧离子促进燃料的电化学氧化并为其提供场所,不仅扩大了电化学反应面积还可有效抑制碳沉积,对硫化氢杂质的敏感度较低。本文中,我们研究了几种钼基SOFC阳极及催化剂材料,并考察了它们在内部重整SOFC中的应用与性能。为改善材料稳定性,B位元素的选取对于A2BB’O6型双钙钛矿材料的电极性能至关重要。考虑到Cr元素改善材料耐硫性的作用及Mo对材料电催化活性的影响,本实验设计了Mo基A2CrMoO6–d（ACM;A=Ca,Sr,Ba）系列双钙钛矿作为SOFC阳极材料。电极粉体由固相反应法制备,物相分析表明,ACM均成双钙钛矿相。晶体结构精修结果表明CCM,SCM及BCM分别为正交（P bnm）,立方（Fm 3m）和六方（P 63–mmc）结构。ACM系列阳极具有比大部分现有阳极高的电导率,尤其是SCM材料,由于其具有更高的对称性。由于SCM含有较高的氧空位浓度及Mo6+载流子浓度,还表现出较高的还原性。在低氧分压下,ACM系列阳极材料与实验室常用电解质La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O2.85（LSGM）具有良好的热匹配性及化学相容性。以SCM为SOFC阳极的单电池表现出优异的耐硫性,并有与Ni–YSZ阳极相当的输出功率密度。富含Cr的双钙钛矿具有较好的抗硫中毒能力,但其对燃料的电催化活性仍不够理想。因此我们用Fe取代Cr来改善电极的电催化活性,并用部分La取代A位的Sr对材料进行电子掺杂以提高电子电导,由此制备出Sr2–xLaxFeMoO6–d（SLFM,0￡x￡1）,并研究了其作为SOFC阳极材料的结构与性能。室温下,未掺杂的Sr2FeMoO6–d（SFM）具有四方相（空间群I 4/mmm）。XRD晶体结构精修发现,低La掺杂量引起材料B位有序性下降但不改变其对称性（x￡0.2）;提高La掺杂量（0.4￡x￡1）,B位有序性继续下降并伴随对称性降低,由四方结构转变为单斜结构。微观上,La的掺杂明显地改善了晶粒均匀性并有效降低晶粒尺寸。SLFM在低氧分压下与常用Ga0.1Ce0.9O1.95（GDC）电解质具有较高热匹配性及化学兼容性。用La替代部分Sr,电子电导得到明显改善。但过量掺杂会影响SLFM内载流子浓度并导致性能下降。单电池性能测试结果显示,在相同条件下,当以氢气为燃料时,以La0.2Sr1.8FeMoO6–d为阳极的单电池,输出功率明显高于未掺杂阳极的电池;且与传统Ni–YSZ阳极相比,电池输出功率提高了近一倍。当使用甲烷为燃料时,由于对甲烷直接电化学氧化的高催化活性,800°C时单电池的最大输出功率密度为790 mW cm-2。因此,La0.2Sr1.8FeMoO6–d阳极在SOFC中的应用既保留了SFM电极的抗碳沉积特性又改善了其电极性能。基于上述Mo基双钙钛矿阳极的研究,可见Mo基双钙钛矿阳极材料具有优异的电学,电化学活性以及与电解质材料具有高兼容性和热匹配性。MoOx在SOFC中作为其氧化还原中心为SOFC运行提供电子电导并催化燃料的电化学氧化。由于双钙钛矿晶格结构的限制,MoOx对燃料电化学氧化的催化活性可能未完全反映出来,而MoO2本身既具有较高电子电导也具有一定的氧离子电导。虽然Ni–YSZ阳极易积碳,考虑到其优异的电化学性能,本实验分别以具有高催化活性的MoO2作为SOFC阳极阻挡层和间接内重整催化剂修饰Ni–YSZ阳极并进行对比。一种是将MoO2作为SOFC阳极附加抗碳层使其直接在电池内完成燃料的电化学氧化;另一种是将MoO2作为SOFC外接的间接内重整催化剂,研究催化剂的内重整过程。研究表明,因消除了额外的界面阻抗,MoO2作为间接重整催化剂时,其催化作用可以使SOFC的输出功率达到最大,并在150小时的短期测试内保持稳定的功率输出,且无催化剂及阳极积碳发生。