固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种直接将化学能转化为电能的清洁高效能源器件。运行温度中温化和提高电极性能成为当前研究的主要方向。因此，探索低成本高性能的电极材料对推动SOFC商业化具有重要的现实意义。本文以中温条件下高性能SOFC电极材料为目标，以混合电子-离子电导的双钙钛矿氧化物为研究对象，采用电解质支撑技术构造单电池，系统研究了双钙钛矿阴极材料和阳极材料的物理和化学性能，论证了双钙钛矿氧化物作为中温固体氧化物（IT-SOFC）电极材料的可行性。　　采用溶胶-凝胶技术制备了钙钛矿结构的AA’B2O5+δ型氧化物阴极材料Pr1+xBa1-xCo2O5+δ(PBC,x=0-0.30)，研究了Pr/Ba比例对材料结构、热匹配性和电化学性能的影响。PBC氧化物的晶体结构依赖于化合物中Pr/Ba比例和氧含量，嵌入和替代两种机制解释了氧化物的结构和氧含量的变化。氧处于三种不同的化学环境中，金属阳离子以混合价态的形式存在有利于创造氧空位和提高电导率。所有氧化物在800℃都有高于550Scm-1的电导率。阴极材料的电导率随Pr/Ba比例的变化与电荷不平衡相关，电子补偿和离子补偿两种机制在电荷平衡中所起的作用不同，引起氧含量的增加。Pr/Ba比例的增加改变了材料的对称结构，优化材料对氧的活化能，有利于提高电极材料的电导率、降低电极材料的的极化阻抗，从而提高了催化活性，改善了材料的电化学性能。　　在Pr/Ba比例成功优化的基础上，研究了AA’B2O5+δ型钙钛矿结构阴极材料Ln1.1Ba0.9Co2O5+δ（LnBC,Ln=La,Pr,Nd,Sm,Dy），重点研究Ln位不同离子半径的稀土元素对钙钛矿氧化物阴极材料的结构和电化学性能的影响。研究发现，不同的稀土元素对应的氧化物具有不同的合成温度和结构对称性，从La到Dy，晶体对称性降低，较大离子半径的稀土元素具有立方对称结构，较小离子半径的稀土元素对应正交或四方对称结构。中温范围内氧化物有良好的电导率和充分的氧空位浓度，最低电导率达到250Scm-1以上。不同的阴极材料，其热膨胀系数（TEC）的大小有显著的差别，主要是由于化合物中Ln-O键离子性和氧含量不同造成的。其中立方钙钛矿结构对应的TEC最低。稀土元素为La和Pr时，阴极材料表现出良好的电化学性能，具有最低的过电位和最小的极化电阻，并且具有良好的循环稳定性。　　为了降低钴基AA’B2O5+δ型阴极材料的TEC，采用溶胶-凝胶技术制备了双钙钛矿氧化物PrBa0.5Sr0.5Co2-xFexO5+δ（PBC,x=0.5,1.0,1.5）阴极材料。Fe元素替代Co元素增加了晶格常数，原子的占位情况不发生变化，即氧化物的相结构保持不变，晶格常数的增加是由于Fe离子的半径大于Co离子半径引起的。Fe替代Co降低了电导率和TEC值，是由于在替代过程中降低了Co的含量和氧空位浓度。Fe含量的增加导致样品从半导体-金属的转变温度升高，是因为Fe-O较Co-O有更强的键能。Fe元素的替代虽然降低了电极材料的电化学性能，但有效改善了阴极材料与电解质材料LSGM的兼容性。　　研究了Sr位缺陷双钙钛矿阳极材料Sr2MgMoO6-δ（SMMO）在氢气气氛下的电化学性能。XPS和XAS分析显示，Sr2-xMgMoO6-δ（0≤ x≤0.15）化合物中Mo6+含量的增加提高了氧空位浓度。Sr位缺陷的增加降低了TEC值，在运行温度范围内与缓冲层、电解质的TEC接近，热匹配性很好。Sr位缺陷x=0.10时，氧化物的电导率最大，是因为其有较多的氧空位、较高的B位阳离子有序度和较低的氧迁移活化能。适量的Sr位缺陷改善了阳极材料的输出性能，组成为x=0.10时阳极材料表现出最大电导率，最低的过电位和极化电阻，显著改善了阳极材料的电化学性能。研究结果表明，x=0.10氧化物很适合作SOFC阳极材料。　　本文以双钙钛矿型结构氧化物电极材料为基础，利用偏离化学计量比、元素替代和引入缺陷等手段，有效提高材料的电导率和电化学性能，对各种材料在运行温度下的规律和相关机制进行了研究，得出了有意义的结果。