固体氧化物燃料电池（SOFC）由于其优异的化学-电转换效率和灵活的燃料适应性而受到了研究界和工业界的广泛关注。然而,基于传统的氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）电解质的SOFC由于高工作温度导致高成本和电池组件兼容性挑战而阻碍了其商业化。在保持足够的功率输出的同时,将工作温度降低至600-800℃（中温,IT）甚至低于600℃（低温,LT）是SOFC技术商业化的关键一步。由于质子传导的温度依赖性较低,采用质子导体作为电解质的质子导体固体氧化物燃料电池（H-SOFC）具有在中低温范围内应用的广阔前景。然而,由于缺少合适的阴极材料,阻碍了H-SOFC技术的实际应用。本文以开发高性能和高稳定性的H-SOFC阴极为研究重点,针对目前含锶（Sr）钙钛矿材料普遍存在的Sr偏析等问题,采用钙（Ca）掺杂取代Sr,开发了两种新型无Sr钙钛矿阴极材料:简单钙钛矿La0.5(Ba0.75Ca0.25)0.5Co0.8Fe0.2O3-δ（LBCCF）和双钙钛矿Nd(Ba0.75Ca0.25)Co1.5Fe0.4Ni0.1O5+δ（NBCCFN）,改善了其表面偏析和长期稳定性。对这两种材料进行了系统的表征和测试,对实验结果进行了深入分析。研究成果如下:（1）合成了立方结构的简单钙钛矿LBCCF,精修后得到晶格参数为a=3.874（5）（？）,与电解质Ba Zr0.1Ce0.7Y0.1Yb0.1O3–δ（BZCYYb）具有良好的化学相容性。LBCCF通过掺杂Ca降低了本身的热膨胀系数,但仍与BZCYYb存在较大的热膨胀不匹配,因此后续电池测试均采用复合阴极LBCCF-BZCYYb。XPS结果分析LBCCF拥有高比例的表面氧空位,这会带来优异的催化活性。同时由于Ca取代Sr导致空穴浓度增加,因此在H-SOFC工作温度下电导率相对较高。对LBCCF-BZCYYb复合阴极的单电池进行电化学测试,电池实现了高峰值功率密度(在750°C时为1102 m W cm-2),而100 h恒流放电测试后性能没有明显的衰减。对电化学阻抗谱数据进行分析,在测试温度范围内,复合阴极的低频极化阻抗均高于高频极化阻抗,表明氧的吸附、解离和扩散是ORR过程中的限速步骤。（2）制备了层状双钙钛矿NBCCFN。NBCCFN具有四方晶体结构,晶格参数为a=b=3.889（9）（？）和c=7.629（1）（？）,且NBCCFN对质子导体BZCYYb和氧离子导体Gd0.1Ce0.9O2-δ（GDC）都具有出色的化学相容性。XPS和TGA分析显示NBCCFN有足够的氧空位,这有助于其保持高的催化活性。NBCCFN的电导率在测试温度均高于300 S cm-1,这满足阴极应用的电导率要求(≥100 S cm-1)。而与Nd Ba Co2O5+δ（NBC）基体相比,NBCCFN通过共掺杂策略成功降低了其热膨胀系数。为克服热失配问题,分别组装了两种复合阴极（NBCCFN-BZCYYb和NBCCFN-GDC）。具有NBCCFN-GDC阴极的单电池比NBCCFN-BZCYYb阴极具有更低的极化阻抗和更高的峰值功率密度。通过对两种复合阴极单电池阻抗谱进行弛豫时间分布分析,结果表明氧的还原和扩散过程是NBCCFN-BZCYYb阴极反应的限速步骤,而由于氧还原(O-→O2-)和氧离子迁移能力得到增强,NBCCFN-GDC阴极表现出了更好的性能。所以即使在H-SOFC中,增强氧离子迁移能力也是减少明显的氧极化的有效方法。