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固体氧化物可逆电池(RSOCs)是一种绿色的能量转换装置,既可以以固体氧化物燃料电池模式(SOFCs)工作,将储存在燃料中的化学能高效地转化为电能,也可以以固体氧化物电解池模式(SOECs)工作,将风机等产生的“垃圾”电能转化为化学能(燃料)进行储存。RSOCs的独特工作性能使它还可以用于实现电网的波谷调控：既可以在用电低峰期通过SOEC的工作模式利用多余电能电解H2O和CO2等,制备清洁燃料,进行能量存储；又可以在用电高峰期,以SOFC的工作模式,将清洁燃料中的化学能转变为电能,缓解用电紧张。因此,RSOCs的研究对于发展清洁能源,缓解能源危机具有重要的作用。根据电解质中传导离子的不同,RSOCs可分为氧离子型和质子型两大类。本论文分别针对氧离子型固体氧化物可逆电池(O-RSOCs)以及质子传导型固体氧化物可逆电池(H-RSOCs)的性能制约因素,进行研究,包括：(1)基于掺杂氧化铈的薄膜型O-RSOCs的制备及其改性研究；(2)H-RSOCs的新型单相空气极材料BaZr1-xCoxO3-δ的设计、制备、性能和应用研究；(3)非钙钛矿型空气极材料NiFe2-xCoxO4的性能及其在O-RSOCs的应用评价；(4)NiFe2-xCoxO4阳极过渡层的抗积碳性能研究。论文主要结果如下：第一章：1)简单的介绍了固体氧化物可逆电池的研究背景、研究意义以及材料的发展历程；2)根据固体氧化物可逆电池的工作原理,分析目前RSOCs所面临的主要问题及可能影响的因素,确立了本论文的研究方向,即：1)改善现有掺杂氧化铈电解质材料的内短路问题；2)探索合适的固体氧化物可逆电池的空气极材料,从而提高空气极性能。第二章：针对掺杂氧化铈(SDC)电解质在固体氧化物可逆电池中出现的内短路问题,提出以Ni-Ba1+xCe0.5Zr0.3Y0.2O3-δ为氢气极,利用高温下Ba元素扩散机制,在电解质内层生成致密的BaCeO3基反应层,从而避免SDC电解质中的Ce4+还原。研究表明,以Ni-Ba1+xCe0.5Zr0.3Y0.2O3-δ为氢气极,电池的开路电压从0.82V提高到1.0V左右,具有优异的电子阻隔效应。研究进一步表明Ni-Ba0.96Ce0.5Zr0.3Y0.2O3-δ中Ba含量对固体氧化物可逆电池的性能具有很大的影响。当Ba含量为0.94时,电池性能最高,1.3V电解电压下,电流密度为0.7Acm-2的。第三章：研究表明RSOCs的极化电阻主要来自于空气极的电化学反应,因此高性能的空气极材料研究对于提高RSOCs的性能具有重要作用。本工作针对H-RSOCs中质子传输是空气极电化学反应的速率控制步骤,设计了具有高质子传导材料的单相空气极材料BaZr1-xCoxO3-δ,系统研究了Co掺杂量对相结构,离子和电子电导率,以及电化学性能等的影响,并进一步对其在H-RSOCs的实用性能进行评价。主要结果如下：(1)当Co3+掺杂量低于0.4摩尔时,为单一的钙钛矿结构,没有二次相生成。而掺杂量高于0.4摩尔的时候,出现杂相；(2)700℃时BaZr0.6Co0.4O3-δ具有较高的电子电导率以及离子电导率,分别为5.24Scm-1和1.2x10-3Scm-1,其质子高于众多钙钛矿结构的材料.(3)当BaZr0.6Co0.4O3-δ作为单相电极,700℃极化电阻仅为0.19Ωcm2,仅为传Sm0.5Sr0.5CoO3-δ基复合电极的35%；(4)当BaZr0.6Co0.4O3-δ作为单相电极,电池在700"C和1.5V电解电压下,30%水分压下,电解电流密度约为0.935Acmm-2,高于Sm0.5Sr0.5CoO3-δ基复合电极在相同电压下的电流(620mAcm-2)。上述结论都表明,BaZr0.6Co0.4O3-δ是一种良好的固体氧化物可逆电池的空气极材料。第四章：针对高温下金属连接材料中挥发的Cr易在钙钛矿和类钙钛矿空气极表面淀积,从而造成催化中毒的现象,发展新型尖晶石材料NiFe2-xCoxO4。本工作对NiFe2-xCxO4的电导性能,热膨胀系数,极化电阻等进行详细的研究,主要结果如下：(1)NiFe2-xCoxO4与与电解质SDC具有良好的化学兼容性,在1100℃高温下保温5小时后无其它相生成；(2)NiFe2-xCoxO4具有较高的离子电导率,约为10-3数量级,高于LSM钙钛矿材料3到4个数量级。(3)以NiFe2-xCoxO4为单相空气极组成单电池,当掺杂量x=0.5时,650℃H2燃料下,电池最大功率密度为360mWcm-2,极化电阻为0.19Ωcm2,接近于钙钛矿空气极材料,例如SSC(Sm0.5Sr0.5CoO3-δ), BSM(Bi0.8Sr0.2MnO3-δ)；高于以LSM作为空气极的单电池性能；第五章：以碳氢化合物为燃料时,由于传导的Ni基阳极对碳裂解具有很高的催化活性,因而易于在阳极表面形成碳淀积,造成催化中毒现象。本工作以采用尖晶石材料作为阳极催化重整层,利用在还原环境下材料分解形成Ni-Fe合金,调控阳极的催化性能。研究表明,以NiFe2O4为过渡层,能明显提高了电池在甲烷气氛下的寿命。