固体氧化物电池（SOFC）是一种解决可再生能源供需关系不平衡问题的有效储能电池。该电池的逆反应固体氧化物电解池（SOEC）具有较高的能源-气体转化效率以及共电解H2O和CO2生产H2和CO的合成气的性能,因此其在电解领域的应用逐渐受到广泛关注。在电解水领域,SOEC作为高温电解的代表,其对电能的需求较低且电解效率较高,并且当其与热机联用时,能有效的利用工业生产中的余热,因此被广泛认为是未来大规模制取氢气的有效手段。常见的SOEC形状分为管式和平板式两种,而应用于大规模制氢最普遍使用的是更容易加工且成本较低的平板式结构。但是传统的平板式电池高温下不对称的结构所引起的电池翘曲、甚至破裂的问题成为其应用的瓶颈,因此,本文采用一种新型的以平板式电池外形为基础,引用管式电池的对称结构,设计出新型中空对称双阴极结构SOEC,以此电解池为研究对象进行高温电解水制取氢气以及储能的相关研究。本文首先对新型对称结构电解池进行力学性能的模拟分析,以不同氧化程度下的膨胀系数模拟不同结构电池的形变情况,发现中空对称结构电池在氧化还原过程的形变远小于传统结构的电池。以常用的燃料极材料Ni-YSZ、氧气极材料LSCF、电解质材料YSZ为原料,先后使用固液混合法制备粉体、干压成型法制备坯体、丝网印刷技术丝印功能层,成功制备出具有中空对称结构的SOEC。研究结果表明,中空对称结构的SOEC具有较好的电化学性能,连续经历6次热循环测试后性能虽略有衰减,但仍保持基本的电化学性能,电池没有出现破裂等情况。SOEC样品的电解水制氢的性能和电解水制氢长期耐久性的研究表明:中空对称结构SOEC具有较好的长期稳定性和高温循环性能。在高温反应条件下,对SOEC进行恒流电解测试,3 h以内可还原至起始状态而性能几乎无任何衰减。长期电解测试中,电池在10 h的恒流电解条件下,衰减率仅为8%。该不可逆衰减的主要原因是由于经过较长时间的电解,SOEC的支撑燃料极结构出现Ni颗粒的粗化和团聚。论文对SOEC支撑体结构中的Ni的储能特性进行了研究。电池在没有氢气通入条件下可以放电,这一部分电量是由Ni的氧化产生的。电池在无燃料气状态下放电一段时间后,通过向其通入还原性气体将NiO还原为Ni,重新充电,论文设计的新型对称结构电池经过多次循环后,没有出现明显的翘曲变形,这一发现意味着NiO作为燃料极支撑体的SOFC即可用于燃料电池,又有成为储能电池的可能。