固体氧化物燃料电池由于其全固态结构无需贵金属催化剂以及良好的燃料适应性受到广泛关注。目前,限制固体氧化物燃料电池实际应用的关键问题主要来自于其较高的工作温度,这使得系统必须使用昂贵的密封材料和连接材料,同时也限制了电池的使用寿命。因此,如何有效降低电池的工作温度成为固体氧化物燃料电池领域的研究重点和难点。影响电池系统工作温度的核心问题是阴极催化活性不足,尤其是低温下阴极活性严重下降。针对阴极材料催化活性不足的问题,本论文以钴酸镧这一常见阴极材料作为研究对象,通过多种策略提高阴极的催化活性,改善阴极的电化学性能,有效降低了固体氧化物燃料电池的工作温度。本论文的主要研究内容如下:(1)制备了不同锶(Sr)含量的钴酸镧(LSC)阴极材料,考察了Sr掺杂量对LSC的电化学催化活性的影响。与预测不同的是,Sr掺杂量对材料的性能影响由晶体结构控制,尤为特殊的是Sr掺杂量在0.3至0.8之间时,Sr掺杂量基本不对LSC材料的电学性能和电化学性能产生影响。而Sr掺杂量不在此范围内时,由于两种六方结构的特点,LSC材料的电化学性能受到抑制。表面氧分子的解离过程和氧离子的传输过程都在钙钛矿结构中都有快的反应速度,从而带来更好的催化表现。(2)为改善传统的LSC阴极的电化学性能,通过简单的溶液浸渍处理,对传统LSC阴极材料进行纳米LSC颗粒包覆,获得了纳米微米复合结构阴极。实验表明,浸渍产生的LSC纳米颗粒能显著提高LSC阴极的氧还原(ORR)性能。浸渍处理的LSC阴极700℃时极化阻抗为0.07Ωcm²,全电池在700℃下的功率密度达800 m W cm^-2,远高于原始LSC阴极。这种简单的浸渍策略产生的纳米微米复合阴极结构被证明是提高SOFC电化学性能和降低SOFC工作温度的一种潜在途径。提高阴极的比表面积可以产生更多的活性位点,加快氧分子在阴极表面的吸附和解离反应速度,进而提高阴极的催化活性。(3)针对传统溶液浸渍合成周期长、工艺复杂的缺点,研究了高浓度溶胶浸渍用以制备高性能纳米阴极材料。由于溶胶的浓度很高,一次浸渍处理即可获得足够的催化剂。制备的LSC阴极650℃下极化阻抗为0.08Ωcm²,全电池最大功率密度在650、600和550℃下分别为1400、970和590 m W cm^-2。与传统溶液浸渍相比,溶胶浸渍仅仅一次浸渍就获得足够的催化剂载量,避免了传统溶液浸渍反复多次浸渍操作的复杂流程,大大加快了电池的制备过程。(4)结合浸渍制备纳米阴极和浸渍表面改性两种方法,研究了浸渍制备高性能纳米复合结构LSC阴极。第一次浸渍使用高浓度LSC溶胶前驱体,保证一次浸渍就获得足够的LSC阴极负载量。第二次浸渍使用低浓度BSCF溶液,生成非常细小的纳米颗粒包覆于LSC阴极表面,大幅度提高LSC阴极的ORR催化能力。复合纳米LSC阴极在600℃下极化阻抗为0.07Ωcm²,全电池最大功率密度达到了1350 m W cm^-2。通过不同复合阴极材料的对比,发现高导电性低催化活性的LSC材料更适合成为基底材料,而高催化活性低导电性的BSCF材料更适合作为催化剂材料。即将氧分子在催化剂表面的吸附解离过程与氧离子传输过程解耦,有不同的材料分别承担。这一思路可以作为一种普适性的原则来指导未来燃料电池阴极材料选择和电池结构设计。