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工作温度过高会造成固体氧化物燃料电池（SOFC）密封困难、构件不匹配、工作寿命短、运行成本高等诸多问题。降低SOFC工作温度的一个重要途径就是开发高性能的电池材料。钙钛矿型La1-xSrxGa1-yMgyO3（LSGM）材料在中温（800℃左右）范围内，很宽的氧分压下，具有较高的离子电导率，是最有希望实现SOFC中温化操作的电解质备选材料之一。采用传统固相法制备LSGM材料时，长时间的高温烧结，易造成原料组分挥发，产生SrLa（GaO4）等杂相。本论文的研究内容之一就是通过改进实验条件，制备具有单一钙钛矿结构的LSGM材料，并对其性能进行研究。LSGM电解质材料研究的另一个重要任务是开发与之相匹配的电极材料。钙钛矿型LaCrO3基掺杂材料具有较高的电子—离子混合电导率、优良的催化性能及较好的对硫容忍性。萤石型CeO2基掺杂材料在还原气氛下具有较高的电子—离子电导率和催化性能。因此，LaCrO3基和CeO2基掺杂材料是潜在的适用于以碳氢化合物为燃料的SOFC阳极材料，设计合成这两类新型阳极材料并探索把其用于LSGM电解质的可行性，具有十分重要的意义。作者用TG-DTA、XRD、XPS、SEM、EDS、TPR、粒度分析、交流阻抗、直流四探针等技术对材料的性能进行了系统的研究。提出了“低温热处理—机械活化—高温烧结”的改进固相法制备LSGM电解质材料的工艺流程，并对LSGM材料的生成机理进行了探讨。在1450℃烧结24h后，得到了具有单一钙钛矿结构的LSGM材料，没有发现SrLaGa3O7等杂相，且烧结温度较低。在1480℃下烧结24h所得LSGM样品的相对密度高达99％，且其在850℃的离子电导率为0.08S／cm，可以用作中温SOFC的电解质材料。用甘氨酸-硝酸盐法（GNP法）合成LSGM材料时，在1400℃下烧结20h后，材料即有单一钙钛矿结构，且其晶界电阻较小，但用此法所得LSGM样品的相对密度仅为87％。此外，实验还探索了固相-GNP联合烧结法来制备LSGM材料，在1450℃下烧结20h后，材料具有稳定的钙钛矿结构，其样品的相对密度为92％。采用改进固相法合成了La1-xSrxCr1-yMnyO3-δ（LSCM）阳极材料，在高于1250℃的温度下烧结15h后，均得到了具有单一钙钛矿结构的LSCM材料。在250-850℃范围内，LSCM系列样品在空气中的电导率符合小极化子绝热导电机理，在850℃C时，它们的电导率为9.25S／cm。在H2和CH4中，LSCM样品的电导率下降约两个数量级，其中，LSCM7355样品在850℃时的电导率均约为0.2S／cm。此外，还用GNP法合成了LSCM材料，其前躯体在1200℃烧结5h后，得到了具有单一钙钛矿结构的LSCM材料，使用GNP法所得LSCM材料的性能与改进固相法所得材料相近。设计并采用GNP法合成了La1-xSrxCr1-y-zMnyCrzO3-δ（LSCMCo）阳极材料，其前驱体在高于1300℃烧结后，才能得到单一钙钛矿结构的材料。在H2和CH4中，LSCMC073541样品在850℃时的电导率分别为0.4S／cm和4.5S／cm。采用GNP法合成了Ce0.8Ca0.2O1.8（CDC82）和Ce0.8Gd0.2O1.9（GDC82）阳极材料，并探讨了它们的生成机理。在750℃和900℃下烧结4h后，分别得到了单一萤石结构的CDC82和GDC82材料，在250-850℃范围内，CDC82和GDC82样品在空气下的最大电导率分别为0.04S／cm和0.05S／cm，在H2中，它们在850℃时的电导率分别达1.01S／cm和0.39S／cm。建立了导电模型，用来解释钙钛矿型材料的导电机理。此外，实验所合成的LaCrO3基和CeO2基阳极材料都有良好的催化性能，且在氧化和还原气氛中及较宽的温度范围内，具有较好的热稳定和化学稳定性。LSGM电解质与阳极材料（LSCM，LSCMCo）和阴极材料（LSFC，LSFM和LSCFCo）具有较好的化学相容性，除LSFC外，上述电极材料与LSGM电解质的热匹配效果较好。提出了以LaCrO3基（阳极）、LaGaO3基（电解质）和LaFeO3基掺杂材料（阴极）作为中温SOFC的新体系材料，并制作全钙钛矿结构的SOFC。分别以H2和空气为燃料和氧化剂，单电池在850℃下的最大开路电压为1.06V，接近理论电动势；最大功率密度约100mW／cm2。因内阻大，电池的制备工艺有待优化和改进。提出了生物质气等含CH4燃料在固体氧化物燃料电池堆中的新循环系统概念。该设计可避免SOFC阳极积碳现象；对SOx、NOx和重金属的容忍性好；可以实现CO2的零排放；整个系统配置及余热利用方便，整体能量利用效率高。该设计为SOFC的实际应用提供了有益参考。