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固体氧化物燃料电池(SOFC)是举世公认的21世纪最重要的一种绿色能源转化装置，它可以将储存在燃料中的化学能直接转化为电能，具有能量转化效率高、对环境友好等突出优点。传统的SOFC在1000℃的高温下工作，限制了电池材料的选择，缩短了电池的使用寿命。但是，若能将电池工作温度降低到中温(600～850℃)，不仅能提高电极的稳定性，减小热应力，延长电池寿命，而且可以选用较廉价的材料(如以不锈钢作连接体材料)，从而降低电池成本，有利于SOFC的产业化。因此，目前国际上SOFC的研发主流是中温SOFC电池组的研制与新材料的开发。
本论文以发展中温固体氧化物燃料电池为应用背景，以开发中低温条件下对氧还原反应具有高催化活性的新型阴极材料为切入点，并进行电池结构设计，组装单体电池，通过发电实验对单电池的电化学性能进行详细地评价，为制造中温SOFC打下关键材料的制备工艺基础，为推进中温SOFC的商业化应用提供技术和实验数据。
首先，本文采用固相法在1100℃成功制备出具有KNiF4单相结构的A2-αSrαBO4-δ(A=Pr， Sm； B=Fe，Co；α=0.8，1.1，1.2；1.5)新型阴极材料。随后，考察了Sr的掺杂量对热膨胀系数和电导率的影响，以及阴极在CGO电解质基片上的极化性能。结果表明，热膨胀系数都随着Sr掺杂量的升高而增大：低温阶段时，电导率随着Sr掺杂量的升高而增大，B位为Co时，材料电导率在800℃左右都可以达到102量级；Sm0.5Sr1.5CoO4-δ显示了最低的极化过电位，800℃时在500 MA/cm2电流密度下，它的极化过电位只有72mV。
其次，通过固相法制备了Nature杂志上最新报道的中低温条件下对氧还原反应具有高催化活性的新型阴极材料Ba0.5Sr0.5C00.8Fe0.203-δ(BSCF)，对其电导率和热膨胀作了测定和评价，并采用交流阻抗谱对纯BSCF阴极和添加了Gd-掺杂氧化铈(CGO)的复合阴极在中温阶段的极化性能进行了综合考察。纯BSCF阴极在1100℃烧结时可获得最低的极化面电阻。向BSCF中引入CGO，并没有提高阴极的电化学性能。CGO引入量≤30 wt.％时，电化学性能下降很微弱；但CGO引入量从30 wt.％增大到40 wt.％时，阴极电化学性能出现了一个急剧的下降。在复合阴极CB3070(30wt.％CGO+70wt％BSCF)中加Ag后，阴极极化面电阻降低一个数量级，700℃以上时小于0.1Ωcm2。
最后，在研究组最新研制的Ni+YSZ/Ni+ScSZ/ScSZ/CGO四层结构阳极支撑型复合膜上丝网印刷阴极，构建Ni+YSZ/Ni+ScSZ/ScSZ/CGO/Ag-CB3070阳极支撑型单电池；通过发电实验考察了电池在不同工作状态下的电化学性能。单电池在H2/O2和H2/Air两种操作气氛中的开路电压分别接近1.1V和1.05V。800～C时，单电池在H2/O2和H2/Air两种操作气氛中的最大功率密度分别为0.42 W/cm2和0.36W/cm2。单电池的开路交流阻抗谱由两个压扁的部分重叠的圆弧所组成。高频圆弧可能对应阴极极化过程。电极总极化电阻对单电池总电阻的贡献比欧姆电阻的贡献要大的多。