开发在中温区域内(600-800 oC)具有高电化学活性的阴极材料是固体氧化物燃料(SOFC)电池实用化的关键。双钙钛矿结构氧化物LnBaCo₂O_5+δ(Ln=镧系元素)以其较高的电导率、优异的氧传输性能和氧还原催化活性被普遍认为是一类潜在的中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)阴极材料。本论文分别以双钙钛矿结构阴极材料Pr Ba_1-x Fe₂O_5+δ、Pr Ba_1-x Co₂O_5+δ和PrBa_1-x CaxCo₂O_5+δ为研究对象,探讨了钡空位、K⁺和Ca²⁺对其理化特性及电化学行为的影响规律。本论文具体工作及相关结论如下:(1)采用溶胶-凝胶法制备了具有钡空位的非钴基双钙钛矿结构材料PrBa_1-x Fe₂O_5+δ(x=0.00-0.10,PB1-x F),研究了钡空位对PB1-x F理化特性及电化学行为的影响机制。研究结果表明:PB1-x F材料钡空位含量x的最大值为0.03,当x≥0.05时会出现Pr6O11的杂相;钡空位的引入会引起PB1-x F(x=0.00-0.03)中Fe离子平均价态的下降;在给定温度下,PrBa0.97Fe₂O_5+δ与Pr BaFe₂O_5+δ相比具有更高的氧空位浓度;PB1-x F氧化物在300-800 oC范围内的电导率随x的增加而下降,这可能与该过程中以形成氧空位为主要电荷补偿方式有关;PB1-x F氧化物30-900 oC的TEC值随着x的增加而下降;适量钡空位的引入会引起PB1-x F阴极比表面极化阻抗(ASR)的下降,表明钡空位有利于材料氧催化还原活性的提高;Pr Ba0.97Fe₂O_5+δ在700 o C下测得的ASR值为0.119Ωcm2;以PrBa0.97Fe₂O_5+δ为阴极的单电池在800,750,700,650 oC下的最大功率密度分别为329,256,183,118 mWcm-2。(2)探究了材料制备过程中K⁺对双钙钛矿材料PrBa_1-x Co₂O_5+δ(x=0.00-0.10,PB1-x C)氧化物理化特性及电化学行为的影响规律。研究结果表明:通过在合成过程中引入K⁺制备了A位阳离子缺位的PB1-x C氧化物;所制备的PB1-x C氧化物都呈现四方相结构且属于晶胞参数为2a≈2b≈c的Pmmm点群;K⁺能够有效提高双钙钛矿材料中的阳离子空位浓度,增加该类材料中氧离子传输特性;K⁺还会引起导致材料表层钴离子的偏析,进而导致材料表面与氧交换过程极化阻抗的显著增加。(3)分析了Ca²⁺对双钙钛矿阴极材料PrBa_1-x CaxCo₂O_5+δ(x=0.00-0.50,PB1-x CaxC)理化特性及电化学行为的影响规律。研究结果表明:随着x值的增大,PB1-x CaxC氧化物由四方相(x=0.00)逐渐向立方相(x=0.50)转变,且当x=0.10-0.30时,该氧化物是四方相与立方相共存的;Ca²⁺的引入对材料在30⁹00 o C内的TEC影响不大;PB1-x CaxC系列氧化物的电导率随着x的增大而增大,这是由于氧化物材料向立方相结构转变使得其对称性越来越高所致的;而其阴极极化阻抗则随着x的增大而呈现先下降(x=0.00⁰.30)后上升(x=0.30⁰.50)的趋势,其中当x=0.30时,PrBa0.7Ca0.3Co₂O_5+δ具有最小的ASR值(0.034Ωcm2,700°C);因此PrBa0.7Ca0.3Co₂O_5+δ金属氧化物是具有高氧还原催化活性的中温SOFC阴极材料。