采用基于Pechini法的溶胶低温燃烧工艺和改进的固相反应法制备了SrCe0.95Y0.05O3-x(SCY)、BaCe0.95Y0.05O3-x(BCY)和La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-x(LSCF)前驱物。此前驱物经煅烧处理即可得到纯的粒度小于100nm的SrCe0.95Y0.05O3-x、BaCe0.95Y0.05O3-x和La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-x固体电解质纳米粉。考察了溶胶低温燃烧法中溶液组成、煅烧温度和时间对粉体物相纯度和粒度的影响。将煅烧的粉体在18MPa压力下压成片状的素坯。在900～1500℃的温度范围内、空气中烧结素坯10h。用综合热分析(TA)、XRD、SEM、TEM和激光粒度仪等技术对两种制备方法得到的粉体进行表征。采用阿基米德法测量烧结体的密度。粉体表征和烧结实验结果表明低温燃烧法制备的粉体粒度小、粒度分布范围窄；温度达到1000℃时，燃烧法制备的SrCe0.95Y0.05O3-x粉体烧结的径向收缩率和密度随着温度的升高而显著增加；温度达1300℃烧结体的径向收缩率和密度趋于恒定，得到相对密度高于96％，平均粒径约为3.68μm的SrCe0.95Y0.05O3-x固体电解质陶瓷体。溶胶低温燃烧法的优点是反应间短、燃烧温度低、煅烧温度低时间短、粉体烧结温度低。 理论分析了质子导体陶瓷作电解质的固体氧化物燃料电池的电化学过程，并提出了相关的数学模型。在数学模型中，考虑了质子，氧空穴，自由电子和电子空穴四种载荷子对电化学性能的贡献。利用提出的模型，详细分析了电解质厚度，操作温度，气体组成和电流密度等因素对离子渗透，燃料电池电性能即电动势和电池内阻的影响。并将SrCe0.95Y0.05O3-x体系的实验结果与部分理论分析结果进行了比较，部分验证了模型的正确性。 以尿素为燃料，通过低温燃烧法制备了NiO/SrCe0.95Y0.05O3-x(NiO/SCY)复合氧化物超细陶瓷粉。经过成型、烧结以及还原等过程，将获得的复合氧化物陶瓷粉体制成质子导体固体氧化物燃料电池(POFC)的金属陶瓷阳极Ni/SrCe0.95Y0.05O3-x(Ni/SCY)。考察了尿素用量、NiO含量以及烧结温度和烧结时间等工艺参数对粉体组成以及阳极(Ni/SCY)微结构和电性能的影响。实验结果表明，用低温燃烧法可一步合成混合均匀、组成可控以及具有较高比表面积的NiO/SCY复合氧化物超细陶瓷粉体。NiO的含量和烧结温度显著影响阳极的结构和电性能。具有较好电导率的阳极中NiO的质量百分含量应高于50％。 采用涂敷烧结法和共压共烧法两种方法制备了以SCY和BCY为电解质的燃料电池组件，分别以氢气和氧气为阳极和阴极组成燃料电池单电池。SEM的分析结果表明，多孔的两极和致密的电解质之间结合紧密。电池的电性能测定结果表明，电池的开路电压比较接近理论值，但是电池的电流密度和输出功率密度比较低。因此我们正在尝试一个新工艺制备电池组件，希望可以降低电解质层厚度、改善体电导率和优化电极，进而使电流和功率密度的改善成为可能。 为掌握干－湿相变技术在膜制备中的应用，考察多孔基底和致密层对气体选择渗透的影响，应用干-湿相转化法制备了多孔聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜，用浸涂技术在PVDF中空纤维膜上制成厚度约为5-12μm的聚乙烯二甲基硅氧烷(PVDMS)致密膜层。以氮气/氧气(N2/O2)为介质对PVDMS-PVDF复合中空纤维膜的分离性能进行了评价。理论分析了多孔膜基底和致密涂层对复合膜分离性能的影响，进而提出了多孔基底渗透系数方程。理论分析和实验结果均表明，该复合膜具有较高的分离选择性，要制得致密无缺陷的复合膜，PVDMS致密涂层厚度应不小于5μm。 在PVDF多孔中空纤维膜制备的基础上，以聚砜为成膜剂，采用干－湿相变技术制备了La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-x(LSCF)管状陶瓷膜。考察了铸膜浆料的组成、挤出条件、干燥条件、烧结温度和烧结升温速率对膜结构的影响。SEM形貌考察结果表明，应用干－湿相变技术制备的LSCF管状膜具有多孔层和致密层的非对称结构，膜的总厚度为0.5mm左右，致密层厚度60～70μm。以氦气为吹扫气测定了LSCF管状陶瓷膜的透氧性能，考察了温度以及吹扫气氦气流速对膜的透氧性能的影响。实验结果表明，随着温度的升高，氧通量增大，特别是温度高于700℃后，氧渗透速率显著增加，表明温度强烈影响氧渗透速率；增加氦气流速也使透氧速率增大，但是当氦气流速增大到某一值时，透氧速率基本恒定。透过侧氧分压为1.7kPa、温度为900℃、平均厚度为0.45mm的LSCF管状陶瓷膜的透氧速率高达2.2×10-7mol·cm-2·s-1，这主要是因为膜厚度的降低以及致密层两侧的多孔层增大了氧交换的表面积。 将制备的具有非对称结构的LSCF管状陶瓷膜组装成空气分离膜组件。理论分析了膜组件在各种操作方式和不同的操作条件下的空气分离性能。实验测定了各种操作方式下的氧渗透通量，考察了操作温度、吹扫气氦气和空气填充速率对氧渗透通量的影响。理论分析和实验结果都表明，操作方式对空气分离性能有着重要影响。在空气为管间填充、对流操作以及真空操作的条件下，可以获得较高的氧渗透通量。理论和实验的结果比较表明，由对称膜得到的膜结构参数可以用来预测具有非对称结构的膜的氧渗透变化趋势，但是不能用来预测其具体条件下的氧渗透值。 用四根LSCF管状陶瓷膜组装成甲烷氧化偶联反应器。实验测定了不添加催化剂时甲烷在反应器中的偶联反应性能，考察了反应温度、甲烷和空气填充速率对甲烷氧化偶联反应的影响。实验结果表明，升高温度可以增加甲烷的转化率和氧的渗透速率，但是对于提高二碳烃的产率和选择性不总是有利的。空气和甲烷的填充速率对偶联反应也有较大影响，随着它们填充速率的增加，都可以使二碳烃的产率和选择性达到一最大值。900℃、甲烷填充速率为10mL·min-1、空气的填充速率为20mL·min-1时，二碳烃的总产率和选择性分别可达到13.52％和25.88％。