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固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种新型的发电装置,具有高效,低污染等优点,引起了世界范围内的广泛关注。管式SOFC具有高机械强度、高抗热冲击性能、简化的密封技术、高模块化集成性能等特点,是最接近商业化的SOFC发电技术。本论文的主要工作是阳极支撑型管式SOFC的制备与性能研究,开发了低成本的陶瓷成型技术用于制备YSZ电解质薄膜,并提出制备连续梯度阳极功能层的设想,以改善阳极性能。在此基础上,组装了管式SOFC单体电池及电堆,对其各项性能指标进行了系统的研究。为大功率电池堆的组装打下坚实的基础。本论文采用浸渍涂敷法制备YSZ电解质薄膜。开发出一种新型高固含量的悬浮液体系作为涂敷浆料,克服了传统的浸渍涂敷法耗时长,效率低的缺点。通过对浆料稳定性、粘度测试及薄膜表观形貌进行考察,确定了浆料最佳组成。粉料-YSZ 100g,溶剂-丁酮/乙醇(1/1) 550mL,分散剂-三乙醇胺2.5g,粘结剂-聚乙烯醇缩丁醛4.5g,塑性剂-聚乙二醇/邻苯二甲酸二乙酯(1/1)7.5g。采用优化的浸渍涂敷工艺成功地制备了致密的YSZ电解质薄膜。电解质薄膜厚度约为27μm,用于SOFC单体电池,其开路电压在测试温度范围(650℃~850℃)内稳定在1.12V~1.19V ,接近理论电压。在800℃时,单电池的最大功率密度为505mW·cm-2。YSZ薄膜在800℃时电导率为0.0098 S·cm-1,高于溶胶涂敷法,表现出良好的离子导电性。文中研究不同烧结工艺对YSZ电解质块体性能、YSZ电解质薄膜性能以及电池性能的影响。YSZ电解质的电导率主要受其晶粒尺寸和致密度的影响。烧结制度分别为S15、S14和S13-20时,YSZ粒径依次减小,电解质的电导率逐渐增大,分别为0.014 S·cm-1、0.0445 S·cm-1和0.0564 S·cm-1。当YSZ电解质薄膜的烧结制度分别为S15、S14和S13-20时,单电池800℃的最大功率密度分别为505mW·cm-2、623mW·cm-2和671mW·cm-2;开路电压相应的分别为1.14V、1.13V和1.11V,采用较低的烧结温度有效地抑制阳极的过烧结,从而大大降低了电池极化电阻,提高了电池的放电性能。对YSZ薄膜的烧结机理进行了初步探讨。YSZ烧结过程中的结晶化过程对薄膜最终烧结的致密性及晶粒尺寸有较大影响,在1200℃保温2h有助于形成大量晶核尺寸大于临界晶核尺寸的晶粒。这些晶粒继续保持生长并最终获得了晶粒尺寸较小且较致密的YSZ膜。采用三步烧结的方法可以抑制晶界迁移,保持晶界扩散,从而实现YSZ的低温烧结。采用冷等静压成型方法制备管式SOFC阳极,浸渍涂敷法制备YSZ电解质,组装了管式SOFC单体电池并进行放电测试。在800℃下,以氢气为燃料,电池的开路电压为1.0V,最大功率为0.42W,最大功率密度为110mW·cm-2,接近国际管式SOFC性能水平。采用SUS430不锈钢为连接材料组装了管式SOFC电堆。放电测试结果表明,氢气流量为300 mL·min-1时,电堆的开路电压为0.79V,输出功率0.65W。恒流放电测试其长期工作稳定性,在8.5h时间范围内,电堆性能衰减14%。本论文首次提出了采用电泳沉积法制备连续梯度阳极功能层的设想,对其制备过程及制备的功能层的性能进行了研究。电泳起始电流随外加电压的增大而增大,随着电泳沉积的进行,不同电压下电流密度都逐渐降低。沉积层质量与外加电压之间呈现线性关系。在沉积电压一定时,在电泳的一段时间内,沉积质量与时间呈线形关系;在沉积一段时间后,沉积的量与沉积时间呈抛物线关系,曲线的斜率随时间而减小。采用恒压40V制备的功能层具有较理想的微观结构,功能层中NiO与YSZ的比例随厚度的增加呈现连续梯度的变化,NiO含量随厚度的增加逐渐降低,从距阳极基体2.5μm处的64%降低至13.3μm处的50%,YSZ含量则由36%增加至50%。电泳沉积功能层后电池的性能有了不同程度的提高,恒压电泳5min,10min和20min的电池最大功率密度分别为0.88, 1.15和1.10 W·cm-2。电池的EIS测试结果表明,电泳沉积功能层有效地增大了TPB,在电泳时间为10min厚度为9.8μm时,电池极化电阻Rp达到最小值0.288?·cm2。