固体氧化物燃料电池(SOFC)能够将多种燃料的化学能直接转化为电能,是最为清洁、高效的能源之一。SOFC的中低温化是其商业化的必然趋势,而阴极材料在低温下的电化学性能是制约SOFC发展的关键因素之一。BaFeO₃具有无序的氧空位和良好的透氧性能,且铁的资源丰富,价格也相对较低。因此,本实验采用BaFeO₃基钙钛矿为研究对象,通过Bi、Sc两种元素的共掺杂使其稳定在立方相,并控制Bi含量小于10 mol%。采用溶胶-凝胶法制备无钴基Ba Fe0.9Bi0.1-x ScxO_3-δ(BFBSx)阴极材料,并研究其结构和性能。XRD分析结果表明BaFe_0.9Bi_0.1-xSc_xO_3-δ阴极材料的最佳制备温度为1000℃,Bi、Sc的共掺杂使Ba Fe0.9Bi0.1-x ScxO_3-δ能在室温下稳定在立方相,且随着Sc含量的增加,晶胞体积先减小后增大再减小,即BFBS0的晶胞体积最大。材料与SSZ的相容性较差,与GDC的相容性良好。虽然少量的Sc掺杂会使氧非化学计量比降低,但当Sc含量增加到6 mol%时氧非化学计量比反而会增加。热收缩曲线表明Sc元素的掺杂能够使材料更快达到收缩速率的峰值,表明Sc的掺杂能够提升材料的烧结性能。热膨胀测试表明,Sc元素能在一定程度降低材料的热膨胀,50⁷00℃温度范围内,BFBS0.04的热膨胀系数为21.72×10-6 K-1,比相同条件下BFBS0的降低了18%。材料的导电符合小极化子导电机制。随着Sc元素掺杂含量的逐渐增加,BFBSx阴极的电子电导率先降低再升高,其中BFBS0在500℃时电导率达到最大,为9.41 S cm-1。为避免阴极与SSZ电解质发生反应,采用氧化钇稳定的氧化铋Y0.5Bi1.5O_3-δ(YSB)为阻挡层,并通过电化学阻抗谱测试确定电池最佳制备条件:YSB阻挡层的丝网印刷层数为2层,煅烧温度为950℃,在YSB阻挡层上阴极的最佳烧结温度为950℃。在最佳制备条件下,BFBS0.04阴极材料的阻抗值最小,750℃时为0.129Ωcm2。BFBS0.06的氧还原反应活化能为0.70 e V,远小于Fe基阴极材料的活化能;制备电池Ni-SSZ|SSZ|YSB|BFBS0.04在850℃的最大放电功率为0.93 W cm-2。将BFBSx与30 wt%GDC复合制备复合阴极,BFBS0.05-GDC在YSB阻挡层上的反应活化能为0.58 e V,比BFBS0.05阴极的活化能降低了55.7%。750℃时BFBS0.05-GDC在YSB和GDC阻挡层上的极化阻抗分别为0.091Ωcm2和0.119Ωcm2,比BFBS0.05阴极在相同条件下分别降低了57.5%和69.2%。