能源和环境问题是当今社会发展所面临的主要问题,开发清洁环保的新能源成为人类实现可持续发展的必然选择。固体氧化物燃料电池(SOFC)作为一种直接将化学能转化为电能的装置,具有能量转化效率高、环境污染小和燃料适应性强等优点,成为研究热点之一。传统SOFC对工作温度要求较高,高的工作温度必将带来电极的烧结退化、界面的扩散反应以及难以封接等问题,因此降低电池操作温度已成为SOFC的主要研究方向。其中质子导体固体氧化物燃料电池(H-SOFC)具有较低的活化能,是实现SOFC中低温化的一个重要途径。本论文主要研究了不同电解质H-SOFC的电化学性能及不同组分阴极对电池电化学性能的影响。第一章,简述了SOFC的研究背景、结构类型、工作原理、关键材料以及质子导体的传导机制,并介绍了H-SOFC的发展现状和本论文的研究思路。第二章,简单介绍了实验所需药品与仪器,以及实验用到的表征方法与测试手段。第三章,制备了NiO-BaZr0.1Ce0.7Y0.2O3-δ(NiO-BZCY)/BaZr0.1Ce0.7Y0.2O3-δ(BZCY)/Ba0.5Sr0.5FeO3-δ(BSF)-Ce0.8Sm0.2O2-δ(SDC)单电池。采用柠檬酸盐燃烧法制备了单电池所需初始粉体。通过XRD对粉体相结构进行分析,得出初始粉体均成相较好,无明显杂相产生。单电池的功率测试表明,750℃下单电池的最大功率密度(MPD)为413.5 mW·cm-2,开路电压(OCV)为0.926 V。对单电池电化学阻抗谱的测试可以看出,750℃下单电池具有较小的极化电阻(Rp),阻值为0.301Ωcm2。通过扫描电镜观察单电池断面的微结构,进一步研究了微结构对电池性能的影响。第四章,制备了BSF-SDC(7:3,5:5,3:7 wt%)三种复合阴极材料,主要研究了在以Ba Zr0.1Ce0.7Y0.1Yb0.1O3-δ(BZCYYb)为电解质的基础上,不同阴极组分对电池性能的影响。XRD检测发现BZCYYb粉体呈现出单一的钙钛矿结构,阳极衬底中的电解质BZCYYb和NiO之间相结构独立存在。煅烧后的BSF-SDC复合粉体中BSF和SDC呈分离相,BSF具有立方钙钛矿的峰,SDC具有萤石结构,说明BSF和SDC之间的化学相容性良好,可以用做复合阴极材料。热膨胀性能分析表明三组阴极材料200-750℃的热膨胀系数依次为15.8×10-6 K-1,14.5×10-6 K-1和13.6×10-6 K-1,相对于钴酸盐基阴极的热膨胀系数较低,更适合用于BZCYYb电解质。通过对三种阴极单电池的电化学测试得出,750℃下BSF-SDC55和BSF-SDC37的最大功率密度为449和388 mW·cm-2,极化电阻为0.021和0.291Ωcm2。相对而言BSF-SDC73单电池具有较好的电化学性能,其750℃下的最大功率密度和最低极化电阻分别为531 m W·cm-2和0.019Ωcm2。结果表明BSF-SDC73复合阴极可能是一种很有前途的H-SOFC阴极材料,BZCYYb电解质材料相较于BZCY表现出更优异的电化学性能。第五章,对本论文所有工作进行了总结,对质子导体固体氧化物燃料电池的发展及以后的工作进行了展望。