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随着能源匮乏和环境污染等问题的日益凸显,开发新型高效的清洁能源是当今世界关注的重中之重,固体氧化物燃料电池(SOFCs)受到了科学研究和工业应用等领域的广泛关注。由于固体氧化物燃料电池可以将化学能直接转换成为电能,而且其转换效率高,无污染的特点,SOFCs很可能成为未来关键的能源转换装置并且被广泛应用。传统的氧离子基固体氧化物燃料电池(O-SOFCs)已经在工业上有所应用。但是其工作温度较高,对工作环境有很高的要求,同时加速了设备的损耗,长期高温条件下工作,设备易寿命减短。相比较于O-SOFCs,质子基固体氧化物燃料电池(H-SOFCs),由于其电解质的质子传输活化能较低,因此,电池可以在较低的温度下运行。然而随着工作温度的降低,电池的极化电阻会急剧上升,这对电池的输出功率有较大的影响。而阴极材料对极化电阻的影响至关重要,所以开发高性能,稳定的阴极材料对于H-SOFCs具有重大意义。本文围绕着开发和改进H-SOFCs的新型阴极材料展开了一系列的研究,通过掺杂改性和阴极微观形貌修饰等手段提升SOFCs的电化学性能和稳定性,使其在中低温条件下可以获得较高的输出功率,并具有良好的长期稳定性。论文的第一章绪论概述了固体氧化物燃料的研究背景,重点介绍了 SOFCs的工作原理、电极材料以及电解质材料等内容,还对论文中所涉及的实验技术和工艺做了简单的介绍。第二章研究了通过金属阳离子的掺杂改性得到电子、氧离子和质子三种载流子混合导电的 BaFe0.8-xSn0.2BixO3-δ(X=0,0.1,0.2,0.3,0.4 and 0.5)阴极材料,并且对这不同组成的阴极材料进行了电化学测试表征和理论计算。结果表明,BaFe0.5Sn0.2Bi3O3-δ材料具有优异的电化学活性。实验采用BaFe0.5Sn0.2Bi303-δ阴极材料,制备的 NiO-B aZr0.1Ce0.7Y0.2O3-δ| BaZr0.1Ce0.7Y0.2O3-δ| BaFe0.5Sn0.2Bi0.3O3-δ(BFSBi0.3)单电池,700℃电池的输出功率密度达到1277 mWcm-2,高于文献报道的其他无钴质子导电阴极材料,BFSBi0.3具有良好的电化学性能和长期的稳定性。在传统的铁酸钡体系阴极材料中掺杂铋,显著促进了材料的质子和氧离子导电性,以及氧还原催化活性。本论文研究结果,为发展高性能的H-SOFC阴极材料开辟了新的途径。第三章,参考文献报道,研究Zn掺杂的铁酸钡阴极材料,并采用离子浸渍修饰制备技术,研究提高阴极性能和电池性能。实验首先研究了BaFe0.8Zn0.1Bi0.103-δ(BFZB)材料的阴极性能,与未掺杂的铁酸钡材料阴极相比较,阴极(或电池)性能有明显提高。进而又研究了以用BaZr0.1Ce0.7Y0.2O3-δ为骨架,采用离子浸渍技术,表面修饰制备纳米颗粒的BFZB,研究其阴极性能。结果显示,阴极或电池的性能得到了进一步的提高。第四章研究采用Ta5+掺杂阴极材料Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ,研究Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2-xTaxO3-δ(X=0,0.1,0.2)材料的电化学性能和稳定性。结果显示,与未掺杂的 Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.203-δ相比较,Ba0.sSr0.sCo0.8Fe0.1Ta0.1O3-δ的稳定性明显提高,且具有较强的抗二氧化碳腐蚀性能,降低了热膨胀系数。研究结果对H-SOFCs的推广应用具有重要意义。第五章对论文工作进行了总结,并对SOFCs未来的研究提出了个人浅见。