随着世界的快速发展,人类逐渐面临着环境污染、能源危机、资源耗尽等实际问题。针对这一系列的问题,世界各国开始对绿色清洁能源的研究加大投入力度,科学研究倾向于将固体氧化物燃料电池(SOFC)作为高能量没有污染的来源。SOFC是一种能将化学能无需经过其他中间环节转化为电能的装置,其具备效率高、利用率高等特点。近些年,SOFC在低温领域取得重大突破。其中电极作为其最为重要的部件之一,在SOFC向低温发展过程中起到了关键的推动作用。优异电极材料能够降低电池运行使用时的极化损失,提升电池功率密度,从而使电池的整体性能在低温下得到进一步提高。ABO₂型铜铁矿结构电极材料由于其结构的特殊性,使得此类化合物的导电性具有较强的各向异性,使其成为SOFC电极的热点材料之一。研究并完善具有ABO₂型铜铁矿层状结构电极材料在SOFC实际应用具有重大的意义。本文采用高温固相法制备了LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂(LNCA)电极材料,并且通过多种表征手段探究了此电极材料的结构、微观形貌及在550℃~475℃的电化学性能,获得了最佳合成条件,取得了较为优异的实验结果。以9种不同烧结条件下制备的LNCA为电极,制作CeO₂电解质支撑的LNCA/CeO₂/LNCA单电池并进行多方面的比较研究。实验结果表明:在810℃烧结10 h制备的LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂展示出ABO₂结构纯相,其微观结构也体现出均匀性,过度的烧结条件会使得材料出现破裂。研究其单电池的电化学性能,结果显示这一烧结环境下制备的LNCA材料具有最优的电化学性能。其单电池在测试温度为550℃时,具有最大的功率密度878.125 mW·cm^-2,电池最小的极化阻抗0.209Ω·cm~2,在525℃、500℃、475℃测试条件下呈现的功率密度分别为:740.625mW·cm^-2、496.875 mW·cm^-2、128.125 mW·cm^-2,这表现出其具有较其他单电池更为优异的电化学性能。此外,经过与目前使用的商用LNCA进行比较,具有较好的性能,在550℃测试下的最大功率密度提升了约8.9%,并且所使用的制备方法为简单的高温固相法,降低了成本,可以进行批量生产,具有较好的商业化价值。虽然LNCA材料在LT-SOFC中具有很不错的电化学性能,但是由于锂资源的短缺等问题,距离商业化还有很长一段路要走。因此,为了进一步提升电极的性能和节约成本,我们发现对LNCA材料的A位掺杂可以明显提高电极材料的性能,改善单电池的整体性能。本文采用Na元素对Li位的部分替换的方式,利用高温固相法制备出不同比例Na掺杂的Li_1-xNa_xNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂电极材料,并将其与CeO₂电解质组装成单电池,制备6种不同Na掺杂比例的Li_1-xNa_xNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂/CeO₂/Li_1-xNa_xNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂单电池。实验结果表明,合成的电极材料具有与LNCA材料相同的ABO₂型铜铁矿层状结构,当Li⁺与Na⁺摩尔比例为85:15时,电极具有最佳的电化学性能,单电池的性能也最优,在550℃测试条件下,单电池的最高功率密度达到了1146.875 mW·cm^-2,这比未掺杂Na元素的电极的单电池功率(878.125 mW·cm^-2)提高了30.6%;极化阻抗为0.211Ω·cm~2。在525℃、500℃和475℃下的功率也相应提升,分别为:996.875 mW·cm^-2、787.5 mW·cm^-2和270.313 mW·cm^-2。这表明,通过对LNCA材料的A位掺杂可以有效地提升电极材料的电化学性能,从而改善单电池的整体性能,为其在新能源领域的实际应用提供有力支撑与保障。