本论文以发展采用碳氢燃料的中、低温SOFCs为背景,主要致力于以钐掺杂的氧化铈(SDC)为电解质,金属-SDC复合材料为阳极,实现采用碳氢化合物作为燃料、无碳沉积的SOFCs及基于此的阳极极化特性和电池性能研究.第一章概述了SOFCs的工作原理、关键材料、电池堆构型、发展趋势以及SOFCs致密电解质薄膜的制备方法等,确定了本论文的研究目标.第二章系统分析讨论了作为阳极材料必须具备的条件,阐述了阳极的组成、微结构和老化以及它们与阳极性能之间的关系;另外,还讨论了采用碳氢燃料的SOFCs阳极材料体系、阳极的极化、催化活性、积碳、硫中毒问题以及它们的影响因素,为随后阳极材料及电池性能的研究奠定了基础.鉴于传统的机械混合法制备阳极时,经常出现NiO和SDC分布不均匀从而造成阳极的不导通现象,在第三章中创新性地采用凝胶辅助的固相反应法一步合成了颗粒尺寸小,且分布均匀的NiO-SDC复合粉体.用这种粉体制备的陶瓷阳极与传统的机械混合法相比,Ni、SDC和气孔的分布更加均匀,而且具有较高的电导率.另外,分别用草酸盐共沉淀法、凝胶辅助的固相反应法和甘氨酸-硝酸盐(GNP)法制备了SDC电解质粉体,并研究了不同制备方法对粉体烧结体的致密度和电导率的影响.三种方法所制粉体烧结体的相对密度分别为88﹪、95﹪和97﹪,800℃时的电导率分别为0.057 S/cm,0.071 S/cm和0.074 S/cm,十分接近文献报道的较好值(0.08 S/cm).为了进一步验证凝胶辅助的固相反应法制备阳极的性能,用本实验室创新发展的共压-共烧工艺,制备了电解质SDC厚度约为35μm的薄膜型SOFCs单电池,电解质层比较致密,450℃时开路电压达到0.95 V左右.利用恒电流中断技术,通过对阳极极化过电位的研究优化阳极的组成为镍体积含量为50﹪,烧结温度为1350℃.600℃时,氢气气氛下电池的最大输出功率为491 mW/cm<2>,甲烷气氛下的最大输出功率为352 mW/cm<2>,处于国际文献中的先进水平.固体氧化物燃料电池以对多种燃料的高度适应性而著称,而采用碳氢化合物作为燃料顺应了世界能源体系的发展方向.本论文工作(第五章)首次尝试采用生物质气(组成为14.7﹪CO,14.2﹪CO<,2>,15.3﹪H<,2>,4.2﹪CH<,4>,和51﹪N<,2>)作为SOFCs的燃料,测得其开路电压在450℃时为0.96V,十分接近电池的理论电动势计算值(1.01V).600℃时的最大输出功率达到334 mW/cm<2>,是迄今所知国际文献的最高报道值,实验验证了利用生物质气作为SOFCs燃料的可行性.通过对氢气(3﹪H<,2>O)、甲烷(3﹪H<,2>O)和生物质气气氛下电池阻抗谱的检测分析得知,在采用生物质气作燃料时,阳极极化是电池性能相对于用氢气燃料时较差的主要原因,为今后的改进提供了研究方向.