固体氧化物电池（SOCs）是全固态电化学能源转换装置,具有安全、高效清洁、超静音等优点。它存在两种运行模式:在固体氧化物燃料电池（SOFCs）模式下,利用燃料发电;在固体氧化物电解池（SOECs）模式下,利用可再生能源将温室气体CO2转化为CO、O2。因此,SOCs成为化工和能源领域的研究热点,但是传统Ni基燃料电极存在一定的短板,例如Ni的抗氧化能力差、机械强度低等,导致SOCs发展受限。钙钛矿氧化物电极支撑SOCs具有优异的氧化还原稳定性和高机械强度,逐渐成为SOCs发展的重要方向,但是其催化活性和电子电导率较低。因此,本论文采用相转化流延法制备有序排列的直孔电极,并对电极进行催化剂修饰,研发出高性能的全陶瓷SOCs。最后对Ni基电极支撑SOFCs的抗氧化性能进行了改性研究。论文第一章为绪论,重点介绍了 SOCs发展历程、基本理论以及电极的制备方法,最后提出了本论文的主要研究内容。第二章研究了原位脱溶的金属纳米颗粒对La0.75Sr0.25Cr0.5Fe0.5O3-δ（LSCrF）电极支撑 SOECs 的改性机理。通过对(La0.75Sr0.25)0.95Cr0.5Fe0.35Ni0.15O3-δ（LSCrFN）进行还原处理,NiFe纳米颗粒从基体中脱溶,同时采用浸渍法在LSCrF-Y0.08Zr0.92O2-δ（YSZ）电极表面修饰NiFe纳米颗粒作为对比。研究发现,NiFe颗粒的存在有助于提高CO2电解性能,而且脱溶颗粒的性能比浸渍颗粒更高。例如在1.5 V和800℃下,未修饰、含有脱溶颗粒、含有浸渍颗粒的电解池的电流密度分别为0.59、1.15、0.80 A cm-2。此外,与浸渍颗粒相比,脱溶颗粒展现出优异的耐久性。当电解池在800℃、恒电压（1V）模式下工作时,前者在26h内,电流密度从0.33 A cm-2下降到0.29 A cm-2,衰减率为0.15%/h,测试后金属纳米颗粒团聚较为严重;而后者在长达260 h内,电流密度从0.66 A cm-2仅下降到0.63Acm-2,衰减率为0.012%/h,测试后纳米粒子依然均匀分散在基体表面。由此可见,含有原位脱溶金属颗粒的钙钛矿氧化物具有高催化活性和优异的耐久性,有望用作SOECs的支撑阴极。第三章研究了浸渍的纳米催化剂与电极支撑体的孔道结构对CO2电解性能的影响。利用相转化流延法与常规流延法分别制备两种不同结构的LSCrF-YSZ电极支撑体,前者具有开放的梯度直孔,后者具有无序孔结构。在此基础上制备出两种电极支撑对称电池,电池构型为LSCrF-YSZ/YSZ/LSCrF-YSZ。使用纳米催化剂Sr2Fe1.5Mo0.5O6-δ（SFM）修饰支撑电极内表面。未修饰SFM时,梯度直孔电极在800℃、1.5V下的电流密度为0.32Acm-2,其性能优于弯孔电极(0.25 A cm-2)。SFM负载量为15 wt.%时,前者的电流密度为1.54Acm-2,明显高于后者的性能(1.18 Acm-2)。显然,修饰SFM纳米催化剂和优化孔道结构有助于提升电解池性能。而且修饰SFM的电解池在CO2-CO气体中稳定运行,展现出优异的抗积碳能力。第四章研究了构型为LSCrF-YSZ/YSZ/LSCrF-YSZ的电池应用于电化学氧泵（EOP）。通过在电极内部修饰SFM纳米颗粒,氧泵的电化学性能显著高。在1 V和750℃下,SFM修饰的氧泵的电解电流密度为1.48 A cm-2,远高于未修饰的氧泵(0.30A cm-2)。此外,SFM纳米颗粒可以通过阻止SO2与LSCrF-YSZ电极的接触,显著提升氧泵的抗硫性能。当氧泵的空气极暴露在含有10 ppm SO2的空气中,SFM修饰的氧泵在1 V和750℃下的电流密度仍高达1.33 A cm-2,120 h后性能仅下降10%左右;而未修饰的氧泵运行14 h后,性能下降45%左右。第五章研究了燃料电极的Cu纳米颗粒对SOFCs电化学性能的增强作用。结合相转化流延法和多层叠压技术制备了 3Y-TZP电极支撑对称电池。向空气电极中浸渍SFM颗粒;燃料电极中浸渍SFM和Cu颗粒。浸渍Cu颗粒的电池在700℃的最大功率密度达898mW cm-2,优于未浸渍Cu颗粒的电池(525 mW cm-2)。这是由于Cu颗粒显著提高了陶瓷基燃料电极的电子电导率。此外,对称SOFCs经过16次氧化还原循环后,电池性能仅衰减13.5%左右,展现出优异的氧化还原循环性能。第六章研究了将Ni-Fe合金层与Ni-YSZ金属陶瓷层共同作为SOFCs的支撑阳极。具有梯度直孔阳极的电池在800℃的最大输出功率密度高达1070 mW cm-2,其性能优于弯孔阳极支撑的电池(737mWcm-2)。结合电化学阻抗和弛豫时间分布（DRT）分析可知,在合金层中引入直孔结构,有利于气体的快速传输,从而降低浓差极化;并且使得燃料气更易达到反应位点,从而降低活化极化。Ni-YSZ/Ni-Fe双层阳极支撑的电池经历8次氧化还原循环后,电池结构仍然保持稳定,而Ni-YSZ单层阳极支撑电池在1次氧化还原循环后就完全开裂。由此可知,本章探索的Ni-YSZ/Ni-Fe双层结构适合用作SOFCs的支撑阳极。第七章对全文工作进行了总结与展望。此外,在附录A中使用CO2对锂离子电池的商用石墨负极进行改性处理,使其具备超级快充能力。