固体氧化物燃料电池(SOFC)因为能高效地将化学能转化成电能并且对环境的污染很小而被认为是解决当前能源和环境问题的重要工具。传统的SOFC工作温度高,电池的组成部件容易提前老化,且易产生过电势,因此应用受到限制。目前人们致力于研究在中低温(400-700℃)下能高效使用的电池材料。电子离子混合型导电(MIEC)的阴极材料是当前的研究热点。本论文着重从理论计算角度对新颖的MIEC阴极材料展开一系列工作,一方面为实验结果提供深层次的机理解释,另一方面也为实验上新的阴极材料的制备提供思路。本论文包括四章：第一章可以分为两个部分,第一部分简要介绍了燃料电池的发展历史、燃料电池的主要组成部分及工作原理、燃料电池各组成部分主要材料的类型以及阴极材料实验和理论的研究现状。第二部分介绍了钙钛矿型化合的结构特点、所用计算方法的理论依据及所使用的计算软件。第二章研究了La2CoMnO6中反位缺陷对体系电子电导和氧空位生成能的影响。计算结果表明：反位缺陷(Co占据Mn的位置CoMn,Mn占据Co的位置Mnco)在LCMO中几乎是本征存在的。正常格位上的Co和Mn分别是+2价和+4价,反位上的离子都趋于+3价。反位缺陷的存在使体系电子态密度在费米能级处的状态数增加,且费米能级附近Co、Mn的3d轨道和O的2p轨道有较强的杂化,有利于电子在其中的传导,说明化合物有反位缺陷时电子电导将提高,而且电子的离域也有利于氧空位的生成。氧空位生成能的顺序是：Co2+-O*-Mn4+> Co2+-O*-Co3+> Mn3+-O*-Mn4+,反位缺陷的存在有利于氧空位的形成,进而有利于氧离子的传导。产生反位缺陷后,混合价态的过渡金属离子对(如Co2+-O*-Co3+, Mn3+-O*-Mn4+)使得形成氧空位时留下的电子可以在整个空间重排,使体系的库仑排斥能最低,促进了氧空位的形成。第三章研究了Sr取代La2CoMnO6中的部分La后对体系导电性能的影响。Sr是+2价的,而La是+3价的,Sr取代部分La后相当于在体系中引入了一部分空穴。随着Sr掺杂量的增加,空穴先影响Co的亚晶格,使Co从+2价变成+3价；当n(Sr)/n(La)>1时,空穴开始影响氧的亚晶格,氧的负价态减小。而整个过程中,Mn的亚晶格几乎不受影响。空穴的引入使得Co和Mn的价态差只有1,有利于电子传导,提高电子电导。而在La0.5Sr1.5CoMnO6中,氧空位生成能只有0.62 eV,并且氧离子的迁移能垒只有0.58 eV,说明La0.5Sr1.5CoMnO6的氧离子传导较为容易,氧离子电导较高。结果说明：掺入Sr后形成氧空位留下的电子在体系中更离域,有利于氧空位的形成和氧离子的传导。第四章研究了不同金属离子对La2M0.5Mn1.5O6 (M=Co, Fe, Ni, Cu)化合物导电性能的影响。结果表明La2Cu0.5Mn1.5O6中电子态密度图中的带隙最小,La2Cu0.5Mn1.5O6具有更好的电子导电性能。由于Cu离子是低价离子,其化合价容易从+2价降为+1价,形成氧空位留下的电子容易转移到Cu离子上,一方面能够提高电子传导,另一面也能促进氧空位生成和氧离子传导。而计算结果表明La2Cu0.5Mn1.5O6具有低的氧空位生成能和氧离子迁移能垒,La2Cu0.5Mn1.5O6有可能成为优异的电子离子混合型导电(MIEC)阴极材料。