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固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种把燃料的化学能直接转化为电能的全固态装置,在环境友好和能源高效利用方面显示出明显的优势,受到越来越多的关注。当前固体氧化物燃料电池发展的一个趋势是将其工作温度中低温化(工作温度在800℃以下)。为保证电池具有良好的输出性能,采用高电导率的电解质材料(La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-δ (LSGM)和电解质层薄膜化技术是一种非常有前景的技术路线。本文采用多孔阳极材料作为支撑体,应用电解质层薄膜化技术制备单电池片。先采用甘氨酸-硝酸盐法(Glycine-Nitrate Process, GNP)合成了La0.7Sr0.3Cr0.5Mn0.5O3-δ(LSCM)阳极粉末和La0.4Ce0.6O2-δ(LDC)粉末。采用Materials Studio软件计算模拟了LSCM材料的晶体结构,键长和态密度等。并把LSCM阳极粉末分别与三种不同种类和含量的造孔剂混合后,在5种不同制片压力下制备多孔阳极片。8wt.%淀粉造孔剂,造孔效果最好,制片压力为10MPa时,阳极片最大孔隙率为45%,比表面积达到1.256g/cm2。所制备的LDC粉末与不同含量的NiO混合制备复合阳极材料,加入造孔剂后在135℃烧结后得到颗粒接触较好的多孔阳极片,当NiO与LDC粉末比例为5：5时,NiO-LDC阳极片的孔隙率为30%左右,此时在800℃电导率最大。接下来分别在LSCM多孔阳极基底和NiO-LDC多孔阳极基底上采用射频磁控溅射法和浆料旋涂法制备了LSGM薄膜。并分别探讨了射频磁控溅射法和浆料旋涂法制备LSGM电解质薄膜的工艺参数。得出磁控溅射法沉积LSGM电解质薄膜的最佳工艺参数为：溅射压强为5Pa,射频功率为210W,基底温度为300℃,退火温度为1000℃,退火时间为2h。采用优化后的工艺参数获得的LSGM薄膜,致密度高,结晶性好,与阳极基底结合紧密。研究发现,沉积基底温度越高,LSGM电解质薄膜的沉积速率越小,薄膜材料颗粒越大。同时探索了LSGM薄膜沉积机理,分别采用lmin、3min和5min在单晶硅片上沉积LSGM电解质薄膜。研究表明,LSGM电解质薄膜沉积呈岛状生长模式,并呈择优生长现象,经退火后,不均匀现象和择优生长现象均消失。浆料旋涂法制备LSGM电解质薄膜研究结果表明,采用5wt.%乙基纤维素和5wt.%松油醇分别作为粘结剂和调和剂制备LSGM电解质浆料,经过重复旋涂9层后,在1400℃烧结4h,可以制备得到致密的LSGM电解质层。为了研究LSGM电解质材料中O2-传导过程,采用Materials Studio软件计算模拟LSGM晶体结构、键长和态密度等,并模拟了LSGM电解质材料中O2-传导的分子动力学过程。研究发现,LSGM晶体中与Ga和Mg成键的O2-很容易发生迁移,参与晶体中O2-的传导,并从过渡态计算中分析O2-迁移能,Sr和Mg掺杂后与Ga利Mg成键的O2-的迁移能分别为-0.152eV和-0.232eV,有利于晶体中与Ga和Mg成键的O2-传导,参与电化学反应。最后在LSCM和NiO-LDC阳极基底上,分别采用磁控溅射法和浆料旋涂法制备了4种不同体系的单电池片,并对单电池片截面形貌、交流阻抗、开路电压和功率密度进行了分析。研究表明,磁控溅射法制备的LSGM电解质层致密均匀,与基底粘结性好,单电池片的交流阻抗较小,尤其是在NiO-LDC体系单电池中,磁控溅射法制备的单电池在750℃的极化阻抗和欧姆阻抗分别为0.14Ω·cm2和0.74Ω·cm2,而浆料旋涂法制备单电池的极化阻抗和欧姆阻抗分别为3.23Ω·m2和1.81Ω·cm2,相差较大。研究还发现,不管是LSCM多孔阳极基底还是NiO-LDC多孔阳极基底单电池,磁控溅射法制备的单电池极化阻抗小于欧姆阻抗,而浆料旋涂法制备单电池极化阻抗大于欧姆阻抗。LSCM(支撑体)/LSGM/LSCF单电池片的开路电压(OCV)较高,最大达到1.09V,接近理论值。而NiO-LDC (支撑体)/LSGM/LSCF单电池片的OCV较低,高温时只有0.7V左右,而NiO-LDC (支撑体)/LSGM/LSCF单电池片的最大电流密度和功率密度较好。在NiO-LDC(支撑体)/LSGM/LSCF单电池片体系中磁控溅射法和浆料旋涂法制备单电池片的最大电流密度和功率密度分别为700℃的370.71mA/cm2,71.23mW/cm2和750℃的290.72mA/cm2,44.12mW/cm2。相比较而言,磁控溅射法制备的单电池的结构和性能优于浆料旋涂法制备的单电池。