固体氧化物燃料电池（SOFC）采用固体陶瓷材料作为电解质，是一种高效、环境友好的全固态电化学发电装置，具有广泛的应用前景。锥管串接式SOFC可以使电堆在较小的空间内有相对高的电压和输出，良好的抗热冲击性和热循环能力，特别适合于重量轻、体积小的SOFC电堆便携式能源领域应用。本论文围绕锥管状SOFC的便携式应用这个主题展开，主要对锥管状SOFC的制备工艺、新型电极材料及其抗积碳机理、便携式直接碳固体氧化物燃料电池（DC-SOFC）进行了研究与开发，旨在推进锥管状SOFC的便携式应用的产业化进程。本论文采用凝胶注模成型法成功制备了锥管状阳极生坯，并组装成单电池和电池组，对其电化学性能进行了研究。研究表明，采用凝胶注模成型法制备的电池微观结构较理想，将阳极生坯和电解质在1350°C共烧结制备的电解质致密，并与阳极和阴极接触良好。制备的单电池在750°C和800°C以氢气为燃料时最大功率密度分别为600mW/cm²和900mW/cm²，开路电压约为1V。制备的三节串联电堆以加湿氢气为燃料800°C最大功率输出为2.8W，以加湿甲烷为燃料时电堆在800°C和850°C的最大输出功率分别达到3.0W和4.0W，说明采用凝胶注模成型工艺制备的电池性能较好。电堆在850°C以甲烷为燃料10mA/cm²的恒电流密度下放电4.5h后电堆的性能下降，因此寻找抗积碳的新型阳极使SOFC在碳氢化合物中稳定运行是非常必要的。本论文开发了一种新型阳极材料(Ni_0.75Fe_0.25-5MgO)/YSZ。通过对合成的Ni_0.75Fe_0.25O粉体进行XRD表征发现， Fe已经进入了NiO的立方晶格，形成了Ni_0.75Fe_0.25O固溶体。研究了MgO的掺杂量对SOFC性能的影响，结果表明，阳极中加入一定量的Fe和MgO后，电池的最大功率密度增大，但加入过多的MgO其性能反而下降。以(Ni_0.75Fe_0.25-5MgO)/YSZ为阳极的SOFC使用加湿甲烷为燃料时800°C的最大输出功率达到648mW/cm²，确定了MgO的最佳掺杂量为5wt.%。不同阳极的SOFC的恒电流放电曲线表明，以Ni0.75Fe0.25/YSZ为阳极的SOFC在甲烷中很快衰减，当阳极中加入一定量的MgO后，电压在整个20h的测试过程中保持相对稳定。原因可能是阳极中加入一定量的稳定金属氧化物MgO可以抑制碳纤维的生长，或者使得YSZ骨架有足够的机械强度来承受由于碳纤维的生长对其产生的应力。对各电池经稳定性测试后阳极SEM图的分析结果进一步证实了上述机理推测。本章充分证明了（Ni0.75Fe0.25–5MgO）/YSZ阳极在直接使用甲烷为燃料的锥管状固体氧化物燃料电池中应用的可行性。在上述研究工作的基础上，研究了以(Ni_0.75Fe_0.25-5MgO)/YSZ为阳极的SOFC直接使用CO为燃料的性能。结果表明，以H2为燃料的电池性能都要高于以CO为燃料的性能，而以干燥CO为燃料的电池性能都要高于以加湿CO为燃料的性能。稳定性测试表明，以(Ni_0.75Fe_0.25-5MgO)/YSZ为阳极的单电池在800°C以83mA/cm²的恒电流测试的40h内电压都相当稳定，而以Ni/YSZ为阳极的单电池工作了10h后电压快速下降为零，并且水对以(Ni_0.75Fe_0.25-5MgO)/YSZ为阳极的单电池使用CO为燃料时的稳定性没有影响。SEM测试结果表明，使用CO为燃料时，在Ni/YSZ阳极表面的积碳比(Ni_0.75Fe_0.25-5MgO)/YSZ阳极的严重。制备的两节串联电堆使用加湿CO为燃料时，在800°C的开路电压和最大输出分别为2V和4W，电堆在以83mA/cm²的恒电流密度下放电的90h内表现出良好的稳定性，进一步证明(Ni_0.75Fe_0.25-5MgO)/YSZ新型阳极非常适合于固体氧化物燃料电池使用含碳燃料的便携式应用。本论文设计并开发了一种适合于直接碳固体氧化物燃料电池便携式应用的装置。证明了碳燃料中加入适量的FemOn能催化炭的Boudouard反应，提高电池性能。以担载5wt.%Fe催化剂的活性炭为燃料，制备的便携式DC-SOFC单电池850°C的开路电压达1.05V，最大功率密度达到280mW/cm²。寿命测试结果表明，电池以小电流放电时，电压维持较稳定，随着运行电流的增大，电池的寿命减小。小电流放电后容器内剩余的红褐色粉末经EDX测试分析主要为铁的氧化物，表明炭已消耗完。制备的便携式三节串联DC-SOFC电池组使用担载5wt.%Fe的活性炭为燃料时电化学性能较低。这是由于该便携式装置的密封难度大，如何解决该装置的密封问题也是今后我们工作的重点。