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为开发出具有较高离子电导率的CeO2基固体氧化物电解质,本文综述了固体氧化物燃料电池的热力学和动力学理论、电解质电导理论、电解质掺杂理论和大量实验研究成果,以及稀土、碱土和过渡金属氧化物对CeO2进行双掺杂改性后CeO2基电解质性能的改善。探索研究三掺杂对CeO2基电解质材料微观结构、电解质晶粒、晶界离子电导和总离子电导、电导活化能的影响,以及三掺杂CeO2基电解质支撑的单电池的发电性能、欧姆极化、活化极化的研究分析。采用硝酸-柠檬酸盐自燃法制备三掺杂的Ce0.90-2xGd0.10YxCaxO2-δ(x=0,0.015,0.025,0.05,0.075)电解质材料粉末；利用冷压法制备电解质片；丝网印刷法制备用于电解质电导率测定的Ag电极对称电池；涂覆法制备单电池的阳极和阴极。采用X射线衍射仪(XRD)对电解质材料的物相进行表征：用SEM对单电池表面和横截面的形貌和微观结构进行表征；采用电化学工作仪对Ag电极对称电池的交流阻抗谱进行测定,推导出电解质的电导率。在电池反应器上对单体电池的输出电性能及电池阻抗进行测定。实验结果表明,Gd2O3,Y2O3和CaO三掺的Ceo090-2xGd0.10YxCaxO2-δ电解质材料具有立方萤石结构,没有产生明显的晶格畸变。Ce0.90-2xGd0.10YxCaxO2-δ三掺电解质晶界电导率随Y3+和Ca2+的掺杂浓度有很强的依赖关系,晶界效应在Ca的掺杂浓度x=0.025时最大,然后随着x的增大而减小,三掺电解质晶界电阻远小于单掺GDC的晶界电阻,说明Ca2+能显著降低CeO2基电解质的晶界电阻。Ce0.90-2xGd0.10YxCaxO2-δ三掺电解质的总电导率比单掺杂的电解质具有明显的优势,其总电导率先随x的增大先增大后减小x=0.050的三掺电解质在725℃时达到最大值2.45×10-2S·cm-1；总电导活化能随x增大而减小。另外,在低温区域掺杂对氧化铈基电解质电导率的积极影响要比高温区域更加明显。Ni-GDC/Ce0.90-2xGd0.10YxCaxO2-δ/LSM单电池在相同的操作条件下,电性能先随x的增大而增大,x=0.05的电解质支撑的单电池在900℃时电流密度和电功率密度分别可达484 mA·cm-2和128.3 mW·cm-2。在750～950℃的操作温度下,电解质电子电导是造成电池的开路电压随温度的升高而下降的主要原因。单电池的活化极化损失随操作温度的升高而减小,活化极化损失较大的单电池电性能都比较差,证明明活化极化严重削弱电池的电性能。