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固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)是一种先进、清洁和高效的新型能量转换设备，被认为是21世纪的绿色能源技术。作为核心部件，电解质材料的特性决定了SOFC的性能。传统的电解质材料是氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)，但是其工作温度过高(～1000℃)，容易引起电池组件反应、电极衰退等问题。因此需要寻找一种可在较低的温度下工作的电解质材料以取代YSZ。掺杂氧化铈由于在中温范围内(500-700℃)具有较高的离子电导率，被视为一类很有前途的中温SOFC电解质材料。本论文以制备高性能CeO2基电解质材料为目标，对影响CeO2基电解质电性能的几个主要因素进行了探讨。 掺杂CeO2电解质材料一般以多晶形式存在，晶界对材料整体性能的影响非常显著。在中低温区域，单位晶界电阻率往往比晶粒高约2-5个数量级。材料的晶粒电导率主要受氧空位迁移焓和缺陷缔合焓的影响。近年来采用两种稀土或碱土氧化物对CeO2进行共掺杂被证明是提高电导率的有效方法。本论文第三章中以Sm/Y共掺杂CeO2体系为研究对象，添加1 mol％的ZnO作为烧结助剂，研究了共掺杂配比、烧成制度等因素对电性能的影响。作为烧结助剂，ZnO的引入可以使Sm/Y共掺杂的CeO2基电解质的烧结温度降到1450℃左右;适当比例的Sm/Y共掺杂可以有效地提高CeO2基电解质的电导率;其中1550℃烧结的(Ce0.8Sm0.18Y0.02O1.9)0.99(ZnO)0.01样品具有最高的电导率和最低的活化能，其理论最低工作温度（电导率达到10-2 S·cm-1时的温度）低至520℃。ZnO的引入使YDC和SDC电解质的电性能都得到了提高，并使Sm/Y共掺杂电解质的晶界电性能明显改善。此外，实验结果表明CeO2基电解质处在低温段时材料对载流子的阻挡作用主要来源于晶界;ZnO对晶界电性能的提高幅度比共掺杂对晶粒电性能的提高幅度大的多。 论文第四章研究了添加1 mol％的ZnO对于Ce0.8Ln0.2O1.9(Ln=Y, Sm，Gd)三种CeO2基电解质(LnDC)的影响。结果表明在YDC、SDC和GDC三种体系中，ZnO均能起到促进烧结的作用。添加1 mol％的ZnO可以将CeO2基电解质材料的烧结温度从1600℃降至1400℃;经1400℃烧结的LnDC1Zn样品相对密度分别为96.2％、91.6％和96.5％，均高于相应LnDC样品经1600℃烧结所能达到的相对密度值。经过1600℃烧结，LnDC1Zn的平均晶粒尺寸约为LnDC的两倍。电性能方面，ZnO可以有效提高LnDC的电导率，降低其工作温度。添加1 mol％的ZnO后，YDC电解质体系的最低工作温度由610℃降到了569℃;SDC电解质体系的最低工作温度由571℃降到了511℃; GDC电解质体系的最低工作温度由546℃降到了516℃。随着ZnO的加入，LnDC1Zn样品的晶界电性能有明显升高，以350℃的测试结果为例，添加ZnO使YDC材料的晶界电导率由0.18×10-3 S·cm-1提高到0.47×10-3 S·cm-1; SDC材料的晶界电导率由0.49×10-3 S·cm-1提高到1.5×10-3 S·cm-1; GDC材料的晶界电导率由0.63×10-3S·cm-1提高至0.94×10-3 S·cm-1。此外，SEM和EDS结果显示ZnO掺杂导致LnDC1 Zn样品表面出现了含硅杂质的富集现象，对应样品晶界电导率的提升意味着ZnO可以清扫晶界处的杂质，进而提高样品的晶界电性能。 为了明确ZnO对CeO2电解质晶界电性能的作用机理，第五章以引入了一定量的SiO2的GDC体系为研究对象，考察了添加不同浓度的ZnO对材料的影响。结果表明2000 ppmSiO2的加入，虽然对GDC体系的烧结性能和晶粒尺寸无明显影响，但是却导致GDC的晶界电性能显著降低。以350℃时的测试结果为例，GDC的晶界电阻率由17.19Ω·m升到了GDCSi的55.59Ω·m。通过添加ZnO可以有效地缓解由SiO2造成的晶界性能衰退，其中添加1 mol％的ZnO时，GDCSi-1Zn的晶界电阻率值降至5.19Ω·m，仅为GDCSi的1/11左右，经计算其单位晶界电导率可达GDCSi的35倍之多。HRTEM和EDS分析揭示了一种全新的从未报道过的杂质清扫机理: ZnO的加入促使GDCSi-1Zn内部Si等杂质在晶粒间有限区域以非浸润形态有效聚集，这一作用改变了Si杂质在电解质晶界处的分布形态，保证了大多数晶界区域的清洁与干净。 除了杂质导致的晶界阻挡效应以外，晶粒-晶粒直接接触本身对氧离子的传输也有阻碍作用。第六章以GDC体系为研究对象，添加不同浓度的TiO2制成GDCxT系列样品，研究了TiO2对材料烧结性能、显微结构以及晶粒晶界电性能的影响。TiO2经证实是一种有效的烧结助剂，可以使GDC电解质的烧结温度从1600℃降低到1400℃左右。TiO2的引入有效地提高了GDC的电性能，当添加量为0.8 mol％时，样品的电导率最高、活化能最低且晶界电性能最佳;添加0.8 mol％的TiO2使GDC的最低工作温度由546℃降到了523℃。TiO2对电导率的提高主要来源于对晶界电性能的改善，与ZnO不同，添加TiO2时并未观察到其对SiO2等杂质有影响。除了小尺寸晶粒对晶界处杂质的稀释作用，GDC晶界电导率的提高还可能与“空间电荷层”的优化有关。