固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cells，SOFCs)是一种新型的能量转化装置，因具有能量转化效率高、环境污染小、燃料适应性强等优点而得到了世界各国的广泛关注与研究。SOFCs由阴极、阳极和固体电解质组成，它们的电化学活性、相关离子电导、结构稳定性及热膨胀等性能决定了电池的操作温度、制造成本以及电池的功率输出和使用寿命。为了使SOFC实现更好的商业化应用，人们希望将电池操作温度从基于氧化锆(YSZ)电解质SOFCs的～1000℃降低到400～800℃的中低温区，以避免电极和电解质材料的性能退化，提高系统的长期运行稳定性和可靠性，扩大低成本双极板材料和密封材料的选择范围。为此，中低温SOFC电解质的研究与开发已成为商业规模发展的关键。本论文以提高中低温SOFC电解质材料的电导性能为目标，在Ce0.8Sm0.2O1.9(SDC)基复合电解质的结构-性能关系和面向高织构化磷灰石型硅酸镧基（ap-LSO）电解质材料制备的纺锤形ap-LSO介晶合成及其微结构特征等方面进行了系统的研究。　　其主要内容包括:　　一、熔盐渗透法制备SDC-碳酸锂钠((Li0.51Na0.49)2CO3，LNCO)复合电解质及其结构-性能研究　　为了阐明SDC-LNCO复合电解质中两相复合结构对电导的影响，本文采用凝胶自燃烧方法合成NiO+SDC混合粉体，基于NiO颗粒的模板造孔作用，制备多孔结构SDC烧结体，进而将熔融碳酸锂钠渗入多孔SDC中，得到具有高度均匀连通结构的SDC-LNCO复合电解质。实验研究中，分析和优化了对制备高均匀性NiO-SDC复合粉体的凝胶前体的影响因素、多孔SDC烧结体的孔结构特征、熔盐渗透制备SDC-LNCO复合电解质过程的动力学特点以及产物的物相结构特征，并讨论了复合电解质中SDC-LNCO两相复合结构对电导性能的影响规律。　　研究结果表明:　　1)根据化学平衡原理及相关络合平衡常数，通过定量计算确定，当pH=7、CA/M=1.5（柠檬酸与金属离子摩尔比）时，Ni2+、Sm3+和Ce3+等金属离子均可完全络合在CA凝胶网络中，经过自燃烧后，可以得到两相均匀分布的NiO-SDC复合粉体。　　2)利用合成的复合粉体中NiO作为造孔剂，可以得到孔径分布窄、孔结构合理的多孔SDC烧结体，其孔隙率与复合粉体中NiO含量成线性关系。当烧结温度为1500℃时，线性度为0.965。碳酸锂钠可以通过熔融渗透进入多孔SDC烧结体中，熔盐的渗透体积量与渗透时间t1/2成正比，在渗透时间为10h时，得到剩余孔隙率仅为0.5％的致密SDC-LNCO复合电解质。　　3)渗透碳酸锂钠体积分数为57％的复合电解质在600℃时的电导率达到了0.54S/cm。复合电解质在500～600℃温度范围内的电导活化能为0.35 eV，在低于450℃时活化能为0.84 eV。在500～600℃时，复合电解质的总电导率远大于SDC相电导率和碳酸盐相电导率之和，界面电导增强作用明显。　　4)对比具有相近孔隙率、但不同平均孔径的两种SDC-LNCO复合电解质的电导性能发现，熔盐渗透后得到的SDC-LNCO复合电解质的电导率不仅依赖于两相体积分数大小，还与材料内部两相复合界面大小以及复合结构复杂性（多孔SDC中的孔道曲折度）密切相关。　　二、Na(Sm，Ce)(CO3)2复盐分解原位合成法制备SDC-碳酸钠复合电解质及其结构-性能研究　　为了探讨SDC/碳酸盐复合电解质中两相通过界面相互作用对离子电导增强的影响规律与相关机制，本文通过Na(Sm，Ce)(CO3)2复盐分解原位合成法制备SDC/碳酸钠复合电解质。利用XRD、SEM和HRTEM等技术研究了SDC/Na2CO3复合电解质中两相微结构随预烧温度和烧结过程的变化规律，并利用IR和Raman谱学技术对SDC/Na2CO3复合电解质中非晶态Na2CO3的形成机制与存在状态进行了深入细致的分析，讨论了复合材料中SDC晶粒与Na2CO3相互作用对复合电解质电导的影响规律。研究结果表明:　　1)利用Na(Sm，Ce)(CO3)2复式碳酸盐沉淀法可制备得到两相分布高度均匀的SDC/碳酸钠复合电解质，其中SDC晶粒平均尺寸随预烧温度变化(30～60nm)，碳酸钠以非晶状态填充于SDC晶粒堆积结构的孔隙处。碳酸钠在强的长程相互作用下吸附在SDC纳米晶表面，形成核壳结构，其壳层厚度约为8nm。　　2)对比Na2CO3晶体中碳酸根位于1081 cm-1处的对称伸缩拉曼振动峰，SDC/Na2CO3复合电解质中碳酸根拉曼振动峰则出现在1067 cm-1和1077cm-1两个位置。分析认为，复合电解质中碳酸根拉曼振动峰红移源于SDC晶粒表面对碳酸根的的强约束作用，它导致了SDC/Na2CO3复合电解质中碳酸钠相的非晶化，并直接影响到复合电解质的离子电导。　　3)鉴于碳酸根拉曼谱出现两个振动峰（1067 cm-1和1077 cm-1），存在于SDC/Na2CO3复合电解质中的碳酸根因受束缚的强弱不同可分成两层，紧吸附层对应于1067 cm-1拉曼峰。通过数值分析可得到1067cm-1拉曼峰的相对积分强度，并发现复合电解质的离子电导率与此峰积分强度有关，积分强度越高，离子电导率越大，600℃预烧后，复合电解质中1067cm-1拉曼峰的积分强度最大，电导率最高。　　4)复合电解质中SDC纳米晶的粒径对电导率有影响，晶粒粒径越小，电导率越大。分析发现，在SDC晶粒表面各个可能的暴露面中，碳酸根与{100}面的相互作用最强。　　5)预烧温度对复合电解质中SDC纳米晶生长和SDC晶粒{100}面的形成有显著影响。600℃预烧后，复合电解质中SDC晶粒{100}面产生的量最多，得到了最大的氧离子电导率，约为纯SDC电解质电导率的3倍。这表明优化预烧温度和过程工艺条件，可以有效提高SDC/碳酸钠复合电解质的氧离子电导率。　　三、溶剂热法制备纺锤形ap-LSO介晶及其生长机制与微结构研究　　为制备沿c轴方向织构化的六方ap-LSO电解质以提高其氧离子电导率，本文利用溶剂热法成功合成了沿c轴方向生长的纺锤形ap-LSO介晶。研究了介晶的微结构特征及反应条件对介晶生长的影响，分析了介晶形成机制，探讨了介晶继续生长与制备Mg掺杂ap-LSO介晶的有效途径。研究结果表明:　　1)采用溶剂热法，在pH值为10.5、溶剂醇水体积比为1/2，合成温度为200℃、保温时间为25 h的条件下可以合成单相ap-LSO。其颗粒呈纺锤形，长度尺寸为650nm，长径比为5，颗粒由～25 nm的晶粒沿着c轴方向定向排列而成，具有典型的介晶结构。　　2)Ap-LSO介晶的形成受到反应温度和时间的影响，在反应温度大于200℃，反应时间大于25 h时才能形成单相ap-LSO。LSO介晶及介晶中纳米晶的尺寸可以通过溶剂的醇-水体积比调控。随着醇水体积比的减小，LSO介晶形貌逐渐变得短而粗大，长径比从12.3减小到3.6，介晶中的LSO纳米晶的长径比从5减小到2。　　3)Ap-LSO介晶是通过多步成核-生长过程形成的。正硅酸四乙酯水解生成无定型硅氧凝胶，镧离子水合反应形成无定型氢氧化镧胶状物。在溶剂热过程中，无定型硅氧凝胶与氢氧化镧胶状物逐渐溶解，当其释放的硅氧和镧氧离子团浓度达到成核临界值时，便开始出现ap-LSO的成核-长大。进而，前期产生的ap-LSO晶粒表面可作为异相成核-长大的中心，并由于ap-LSO晶粒自身生长的各向异性，前后形成的棒状晶粒逐渐形成具有纺锤形ap-LSO介晶颗粒。　　4)LSO介晶颗粒具有良好的分散性，以纺锤形介晶颗粒作为晶种，通过溶剂热过程可生长出长度为800 nm，直径为140 nm的棒状ap-LSO介晶，同时介晶晶种中的ap-LSO纳米晶由25×9nm长大到90×40nm。　　5)通过Mg元素的扩散，在合成单相ap-LSO介晶后再加入硝酸镁，可以制备Mg掺杂的ap-LSO，预先合成的ap-LSO中的La/Si摩尔比决定Mg进入硅酸镧晶格中的位置。