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固体氧化物燃料电池是一种直接将反应物的化学能转化为电能的全固态能量转换装置，凭借高效、清洁、低噪音、燃料适用范围广等优点，被认为是21世纪一种重要的发电技术。目前使用的Ni/YSZ阳极材料在高温下长期运行时存在Ni的致密化问题，影响阳极材料的工作稳定性；同时，在使用碳氢气体为燃料时，会出现碳沉积和硫中毒等问题，使电池性能急剧下降。因而急待开发新型的阳极材料。
SrTiO3基钙钛矿型阳极材料是一种非常有发展前途的全陶瓷阳极材料，可以解决Ni/YSZ阳极材料的高温致密化和碳沉积、硫中毒问题。本文针对 SrTiO3电子电导率和离子电导率较低的问题展开了研究。采用两步固相法合成了掺杂SrTiO3阳极材料。通过A位Y和La的掺杂明显提高了材料的电子电导率，800℃下5％H2/Ar气氛中，Y0.09Sr0.91TiO3的电导率为74 S/cm， La0.3Sr0.7TiO3的电导率为216S/cm，而SrTiO3的电导率仅为5×10-2S/cm。通过第一性原理对掺杂SrTiO3材料进行念密度计算，结果表明：A位Y和La的施主在SrTiO3的导带底部引入了一个额外的施主能级，使氧的2p轨道和 Ti的3d轨道部分重合，缩小了禁带宽度，提高了电子的跃迁能力，从而使材料的电导率明显增加。而Ba掺杂，并没有产生新的能级，因而对电导率影响不明显。Y掺杂促进了SrTiO3的致密化，而La和Ba掺杂不利于SrTiO3的致密化过程。Y和La掺杂钛酸锶的电导率在10-14～10-19atm氧分压范围内表现出了良好的稳定性，在1300℃以下与电解质具有良好的化学相容性。
利用第一性原理计算了不同B位(B=Sc，Ti，V Cr,Mn，Fe，Co，Ni，Zn，Ga， Ge，As，Zr,Nb，Mo，Tc，Ru，Rh，Pd，Cd，In，Sn and Sb)掺杂元素材料的氧离子迁移能。选择迁移能较低的典型元素对La0.3Sr0.7B0.05Ti0.95O3-δ进行了实验，发现Sc、Co的掺杂可以明显提高材料的离子电导率。Sc和C0元素在 La0.3Sr0.7TiO3-δ中B位的掺杂不但可以降低氧离子活化能，还可以提高材料中氧空位的浓度。Sc和Co掺杂对La0.3Sr0.7TiO3-δ材料的影响规律基本一致，随着掺杂量的增加，样品的电子电导率减小，而离子电导率增大。800℃下还原气氛中，La0.3Sr0.7Sc0.10Ti0.90O3-δ的离子电导率为1.0×10-2S/cm， La0.3Sr0.7Co0.07Ti0.93O3-δ样品的离子电导率为1.2×10-2S/cm，而未掺杂的 La0.3Sr0.7TiO3-δ样品的离子电导率仅为3×10-3S/cm。La、Sc和La、Co共掺杂 SrTiO3的电荷补偿机制分别为La0.3Sr0.7Sc3+xTi4+0.7-2δ-x1Ti3+0.3+2δ-x2O3-(δ+x1/2)(x=x1+x2)和La0.3Sr0.7Co3+xTi4+0.7-2δ-x1Ti3+0.3+2δ-x2O3-(δ+x1/2)(x=x1+x2)。两种材料与YSZ电解质具有良好的化学相容性。
A位缺位可以促进SrTiO3基材料的致密化，进一步提高材料离子电导率，改善SrTiO3基材料在空气中的结构稳定性。通过质量三角形模型计算了SrTiO3-La0.3Sr0.7TiO3-(La0.3Sr0.7)0.93TiO3三元体系中固溶体的电导率，得到了等电导率图。对典型组分进行了实验验证，实验结果与预报结果非常接近，说明质量三角形模型可以用于混合导体材料电导率的预报。对(La0.3Sr0.7)0.95TiO3-δ、(La0.3Sr0.7)0.95Sc0.10Ti0.90O3-δ、(La0.3Sr0.7)0.95Co0.07Ti0.93O3-δ、Ni/YSZ阳极材料进行了单电池工作特性比较，结果表明：(La0.3Sr0.7)0.95Sc0.10Ti0.90O3-δ、(La0.3Sr0.7)0.95Co0.07Ti0.93O3-δ、Ni/YSZ的电池输出功率非常接近，而(La0.3Sr0.7)0.95TiO3-δ的输出功率较低，说明离子电导率在电极特性中起了较大的作用。
鉴于全陶瓷混合导体阳极材料相比于Ni/YSZ金属陶瓷阳极材料，具有结构稳定、抗碳沉积和硫中毒能力强等特点，(La0.3Sr0.7)0.95Sc0.10Ti0.90O3-5、(La0.3Sr0.7)0.95Co0.07Ti0.93O3-δ是一类非常有发展前途的新型固体氧化物燃料电池阳极材料。