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煤,石油,天然气等化石燃料的使用,造成了严重的环境污染,如温室效应,酸雨等。固体氧化物电池是一个能量转化装置,通过在不同的工作模式下,可以实现燃料的化学能和电能之间的相互转化,具有较高的能量转化效率。对称的固体氧化物电池是采用同一种材料同时作为燃料电极和空气电极,具有极大的优势,可以减少材料之间的化学兼容性,通过切换气流消除使用碳基燃料时存在的积碳问题。LaFeO3-δ基钙钛矿对称电极材料对碳氢燃料具有良好的高温催化性能和氧化还原稳定性。但是其低温催化性能以及在强还原气氛下的稳定性需要进一步改善。本文主要从LaFeO3-δ基钙钛矿材料催化性能和稳定性出发,首先通过离子掺杂来改善其催化性能和稳定性,其次研究其氧还原反应和氢气氧化反应的机理,最后从实际应用角度出发,研究对称电极材料在燃料电池模式和电解池模式下的电化学性能和稳定性。通过在La0.7Sr0.3FeO3-δ材料的A位和B位掺杂Ce和Ni来改善其对氧还原反应和碳氢燃料的催化性能。相比于LSFNi材料,CLSFNi具有更好的低温催化性能,同时对CH4也表现出较高的催化活性。以氢气作为燃料,LSFNi和CLSFNi对称电池在850 ℃下的峰值功率密度约为～900 mW cm-2。但是以CH4为燃料,CLSFNi对称电池表现出更好的电化学性能(522 mW cm-2 vs.221 mW cm-2 at 850 ℃)。其次在 La0.7Sr0.3Fe0.9Ni0.1O3-δ燃料电极表面原位析出纳米颗粒,纳米颗粒的尺寸在35-55 nm之间,主要是以Ni为主的Ni-Fe合金。在1.5 V的外加电压和共电解模式下,电池在850,800和750 ℃下的电流密度分别达到-2423,-1617和-1027 mA cm-2。温度和燃料气体成分只影响共电解产物中H2/CO的比例,而外加电流主要影响合成气的产率。针对La0.5Sr0.5FeO3-δ(LSF)在H2下低的稳定性,以NbCl5为Nb源,制备了氧化还原稳定的La0.5Sr0.5Fe0.9Nb0.1O3-δ(LSFNb)电极材料,同时研究了LSFNb的氧还原反应(ORR)和氢气氧化反应(HOR)的电化学反应机理。以LSFNb作为对称电极材料,850,800,750和700 ℃空气下电极的极化电阻分别为0.04,0.06,0.08和0.14 Ω cm2。高频过程主要与电解质和电极界面之间的O2-传输有关,而中频过程主要对应于ORR反应的电荷转移过程。低频过程主要对应于气体的气相扩散和吸脱附过程。在850,800和750 ℃氢气气氛下电极的极化电阻分别为0.21,0.24和0.4 Ω cm2。以H2为燃料,在850,800和750 ℃下电池的峰值功率密度(PPD)分别为1000,820和630mWcm-2。对称电池在800℃和520mAcm-2的放电电流密度下稳定运行了 140h并没有明显的衰减。LSFNb对称电池在各种电解模式下同样具有较高的催化性能。以20vol.%H20-H2为燃料时,在850,800和750 ℃下对称电池的开路电压分别为0.97,0.98和0.99 V,相应的峰值功率密度分别为739,592和295 mW cm-2,水的加入降低了电池的开路电压和功率密度。在固体氧化物电解池操作模式下,当外加电压为1.3 V时,850,800和750 ℃下对称电池的电流密度分别为-1239,-943和-619 mA cm-2。以纯CO2为燃料极气氛,在1.5 V的外加电压下,850,800和750 ℃下对称电池获得的电流密度分别为-1825,-1233和-665 mA cm-2。在1.1 V的外加电压下,对称电池的极化电阻分别为0.20,0.33 和 0.79Ωcm2。在 20vo/.%H2O-CO2和 1.5V的电解电压下,850,800和750 ℃下的电流密度分别为-2257,-1560和-993 mA cm-2。H20的加入增加了对称电解池的电催化性能。进一步探究了 LSFNb具有较高催化性能的原因,主要是由于材料合成过程中部分的Cl进入了钙钛矿的晶格。C1的引入同时改善了材料对氧还原反应(ORR)和燃料氧化反应(HOR)的催化性能。说明C1的引入是一种有效改善电极催化性能的手段。对称电极材料在850 ℃下,以加湿的H2,C3H8和CH4为燃料时,电池的峰值功率密度分别达到970,808和278 mW cm-2。同时对称电池在甲烷下稳定运行了 90 h并没有发生严重的衰减。