固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)是一种高效能无污染的发电装置。SOFC可以用于备用电源、固定式电站和分布式发电装置,其实际应用对解决能源危机和环境污染都有着重大意义。目前SOFC主要集中在高温氧离子导体型固体氧化物燃料电池(O-SOFC)的研究。高温(800~1000℃)运行具有高电极活性,促进了氧还原反应的进行,同时碳氢燃料的选择性更广;然而高温工作也存在弊端,如各组件间匹配不良、固相反应严重、运行不稳定、高温密封连接困难等缺点,不利于SOFC的产业化发展。因此中低温SOFC(550~750℃)逐渐变成了研究的主要方向。在中低温范围内,相比于O-SOFC,质子导体型固体氧化物燃料电池(H-SOFC)具备更高的能斯特电位和较低的传导活化能;同时产物水在阴极生成,减少了对阳极碳氢燃料的稀释,提高了电池的燃料利用率。因此H-SOFC在中低温范围内具有更广阔的应用前景,但是工作温度的降低对工作电极尤其是阴极产生不利的影响,因此寻找中低温高性能的阴极材料成为了目前H-SOFC的研究重点。本论文在H-SOFC已有的高性能镧铁钙钛矿材料中,经过掺杂研发出一种新型高性能无钴钙钛矿阴极材料La_0.6Sr_0.3Ca_0.1Fe_0.8Ni_0.2O_3-δ(LSCFN),同时对LSCFN的物性进行了表征,分析了其作为H-SOFC阴极材料的可能性;随后将LSCFN与电解质材料Ba Zr_0.1Ce_0.7Y_0.1Yb_0.1O_3-δ(BZCYYb)复合制备出三重导电的复合阴极;采用共压法制备出阳极-电解质基体,即Ni O-Ba Zr_0.1Ce_0.7Y_0.1Yb_0.1O_3-δ(Ni O-BZCYYb)│BZCYYb;最终制备全电池并进行相应的电化学性能测试。论文的主要研究内容和结果如下:(1)使用溶胶凝胶法成功制备掺杂的无钴钙钛矿LSCFN材料并对其物理化学性质进行了表征。XRD物相分析和精修表明LSCFN的空间群为R-3c,呈现单相菱方结构;使用碘量法实验测得LSCFN的室温氧空位为δ₀=0.04,并结合TGA结果得出其氧非化学计量值δ随温度升高而增大的规律,在800℃时达到δ=0.45,说明LSCFN在高温具备大量的氧空位;通过对Fe、Ni元素的XPS定量分析可以换算得出室温氧空位为δ=0.058,与碘量法结果相近。(2)研究了阴极LSCFN与电解质BZCYYb的化学相容性和物理相容性。通过高温共烧和热膨胀测试表明,LSCFN与BZCYYb在1000℃-2 h的条件下呈现出良好的化学相容性;LSCFN和BZCYYb在40~800℃的平均热膨胀系数分别为13.680×10^-6 K^-1和10.788×10^-6 K^-1,两者具有较好的热匹配性。(3)研究了LSCFN和BZCYYb复合阴极的电化学性能。采用丝网印刷法将复合阴极应用于Ni O-BZCYYb│BZCYYb共压片上得到全电池,通过I-V-P测试、电化学阻抗谱测试(EIS)可知750℃和700℃时电池的最高功率密度分别达到了720.62和535.36 m W cm^-2,极化阻抗Rp分别为0.045和0.114Ωcm²;650℃时对全电池进行了长期性能测试,在400 m A cm^-2的电流密度下输出电压维持在0.75 V,经过140h测试不衰减,同时测试后的电池微观结构完好无损,表明基于复合阴极LSCFN-BZCYYb的SOFC电池具有良好的长期性能。