固体氧化物燃料电池(SOFCs)具有非常高的能量转化效率（电效率＞50％），同时具有燃料多样性，其广泛使用对缓解能源危机，减轻化石燃料对环境的污染具有重大的意义。然而，固体氧化物燃料电池需要降低运行温度来解决目前高温(800-1000℃)运行带来的材料选择受限、制造和运行成本高、长期稳定性差等问题。对于阴极，需要寻找在中低温(500-800℃)范围内具有更高电化学活性的阴极，需要加深理解材料结构-材料性质-电池性能之间的关系。对于阳极，如果燃料电池使用氢气作燃料，现有的镍基金属陶瓷阳极已经表现出足够优异的性能;然而，当使用甲烷等碳氢化合物燃料时，还存在积碳问题;而且燃料中少量硫杂质会对阳极造成毒化，目前研究的抗硫阳极也还远未达到实用程度。实现SOFCs直接利用天然气（甲烷）或者其他碳氢化合燃料发电无疑具有巨大的社会、经济效益。本论文从寻找新型中低温SOFCs阴极材料和抗积碳、抗硫阳极材料出发，开展电极材料的结构-性质-性能关系的研究。　　研究了不同含量CeO2掺杂对5rCoO3-δ的结构、热膨胀系数、电导率、界面极化电阻等性质的影响，将Sr1-xCexCoO3-δ（0.5≤x≤0.15）与氧离子导体氧化钐掺杂的氧化铈(SDC)的复合材料作为阴极，在700℃下用H2作为燃料，电池的峰值功率密度达到1.01 Wcm-2，比用传统的中低温SSC-SDC复合阴极制备的电池的性能(0.585 Wcm-2)要高很多，能够在800℃或较低温度下长期稳定运行。Sr1-xCexCoO3-δ是一种电化学活性很高的中低温固体氧化物燃料电池阴极材料。采用XRD、TG、STEM、原位变温(室温到1100K)中子衍射等技术来表征样品的微观结构，以及其结构随着温度演变规律，结果显示由于四方相Sr0.95Ce0.05CoO3-δ中氧空位的有序排列，使它更利于氧还原反应的发生。　　利用溶胶-凝胶浸渍的方法，制备了多孔的Sr0.88Y0.08TiO3-Ce0.8 Sm0.2O1.9(YST@SDC)核壳结构的复合材料，考察了将其作为SOFCs的阳极，分别测试了用氢气、甲烷、丙烷以及含硫的气体作燃料，电池的电化学特性和稳定性。研究发现在湿润的甲烷中该阳极具有很好的抗积碳性能，表明该复合阳极是一种有希望的替代阳极材料。　　利用水热法和浸渍法制备了α-MoO3纳米棒和Fe2(MoO4)3纳米颗粒的复合物(Fe2(MoO4)3/α-MoO3)，并考察了它作为SOFCs阳极的电化学行为。当使用300um的LSGM做电解质，Fe2(MoO4)3/α-MoO3作阳极，Sr0.9Ce0.1 CoO3-δ-SDC作阴极，用湿润的H2，CH4和C3H8作燃料，900℃时，电池峰值功率密度分别达到225，50和75mWcm-2。在高温下运行显示出优异的稳定性，说明Fe2(MoO4)3/α-MoO3是一种有希望的替代阳极。　　探索替代Ni金属陶瓷的新型阳极是一个重要的研究方向，而在现有的Ni金属陶瓷阳极上进行改性对于SOFCs商业化意义更大。因为到目前为止，报道的替代阳极往往电化学性能不好，或者制备工艺与现有的YSZ电解质不兼容。论文尝试对Ni-金属陶瓷阳极中的镍，进行了如下不同的修饰改性:1)MgO掺杂对Ni基阳极的修饰改性;2）MgO包覆对Ni基阳极的修饰改性;3）Mo掺杂对Ni基阳极的修饰改性，研究了他们对镍金属陶瓷性能的影响。结果显示，不同形式的氧化物修饰都对镍基金属陶瓷阳极抗积碳能量有一定的改善作用。此外，还研究了燃料添加剂对电极性能的影响。发现在某些Ni基阳极电池中，引入适当的燃料添加剂可以显著地改善阳极的抗积碳性能，电池在湿润的甲烷或丙烷中能够比较长时间稳定地运行。