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能源和环保已成为世界各国可持续发展必须要面对的主要问题。固体氧化物燃料电池(SOFC)作为一种高效、环境友好地将化学能转化为电能的装置受到了人们广泛的关注。传统的固体氧化物燃料电池由于需要较高的工作温度,会带来一系列的问题,如电极的烧结、界面的扩散以及难于封接等。因此降低操作温度已成为固体氧化物燃料电池主要研究发展方向。高性能的阴极是发展中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFCs)技术的关键之一,开发具有高催化活性的新型阴极材料,降低阴极的极化损失对于提高IT-SOFCs电输出性能具有重要的实际意义,也是固体氧化物燃料电池商业化的关键。本论文以电子-离子混合导电(MIEC)阴极材料和复合阴极材料作为主要研究对象,意在研制具有高催化活性,与相邻材料有良好的相容性和稳定性,适合IT-SOFCs使用的阴极材料。论文的主要研究内容及结果如下：本论文系统研究了Sm0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ材料A位Ba掺杂对其结构、中低温特性和电化学性能的影响。结果表明,材料的晶格体积、热膨胀系数随Ba掺杂量的增加而增大,阴极的电导率和极化电阻随Ba掺杂的增加而减小,单电池的性能随Ba含量的增加而提高。表明Ba在A位的掺杂改善了阴极的氧还原催化性能,但同时使材料的热膨胀系数有所增大。阴极的氧还原反应机理研究表明,Ba的掺杂使阴极材料的氧扩散系数增加,促进了阴极反应速率的增加。为改善Sm0.5-xBaxSr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ|阴极材料与(SDC)电解质的热膨胀匹配性,研究了阴极材料与SDC电解质组成的复合阴极的高温性能和电化学性能。结果表明,SDC电解质的添加有效地降低了阴极的热膨胀系数,当SDC的含量达到50%时,阴极的热膨胀系数降至14.95×10-6K-1,接近于SDC的热膨胀系数。当SDC的含量达到50%时,阴极的极化电阻最小,在700℃为0.098Ω·cm2,其单电池表现出良好的输出性能,在650℃、600℃、550℃和500℃,其最大功率密度分别为1050mWcm-2、600 mWcm-2、400mWcm-2、200mWcm-2,达到了同类结构阴极的先进水平。这表明SBSCF-SDC复合阴极也是一种适合以SDC为电解质的IT-SOFCs阴极材料。在复合阴极研究的基础上设计了复合梯度阴极,从微观结构上对阴极进行优化,考察了梯度阴极的组分和微观形貌对阴极性能的影响。结果表明,梯度复合阴极的极化电阻比复合阴极的极化电阻小,其中组分为50%SBSCF+50%SDC-70%SBSCF+30%SDC的双层阴极在650℃的极化电阻降低到0.064Ωcm2,单电池显示了高的输出性能,在650℃、600℃、550℃和500℃的最大功率密度分别为1170mWcm-2,840mWcm-2,520mWcm-2, 410mWcm-2,比纯阴极和单层复合阴极的性能有较大的提高,说明梯度阴极是改善电池性能的有效手段。本论文在对混合离子电子导体Sm0.5-xBaxSraSCo0.8Fe0.2O3-δ新型阴极材料的物性和电化学性质进行系统研究的基础上,运用复合阴极材料的设计思想,找到了提高阴极离子电导的有效途径;研究的梯度复合阴极材料改善了阴极与电解质的匹配性和电化学催化活性。以上材料在中温SOFCs中都表现出了较好的性能,是有前景的氧化物燃料电池阴极材料。