固体氧化物燃料电池（solid oxide fuel cell，SOFC）作为一种将化学能转化为电能的系统，具有高能量转化效率和低污染等优点，是目前最具潜力的新型能源之一。降低其工作温度，减小成本并延长使用寿命是本领域目前的主要挑战，使得开发用于中低温SOFC电解质材料成为研究热点。为此，本文以探寻具有高离子电导率的固态电解质材料为目标，基于两个研究方案进行材料的设计和合成：一是寻找具有高离子电导率和稳定性的新型材料。除了传统的氧化钇掺杂氧化锆（YSZ）电解质之外，磷灰石型硅酸镧、双掺杂氧化铈以及钼酸镧等较为新型的电解质材料也是本文的研究重点；二是优化电解质材料的微观结构，除了三维块体和二维薄膜结构材料之外，本文还创新性地将一维纳米结构材料用作电解质。首先，采用溶胶凝胶方法合成了磷灰石相硅酸镧(La_9.33+xSi₆O_26+1.5x)块体电解质材料，研究了热处理条件以及成分对样品物相、微观结构以及电导率的影响。具有纯磷灰石相的粉体和烧结体的成分范围分别为9.3³⁺x<10和9.33+x<9.5。同传统固相反应法相比，烧结致密块体需要的温度大幅度降低。利用两端法和四端法测量了样品的交流阻抗谱，得到的离子电导率要高于其他文献报道的值。此外，研究了结构中SiO₄四面体对电导率的调控作用。其次，采用RF磁控溅射方法制备了Sm³⁺和Nd³⁺共掺CeO₂二维薄膜电解质材料，优化了制备工艺参数以及基板材质。结果表明基板温度可以调控薄膜织构，电导率随（111）方向织构强度减小而增大；退火温度越小，薄膜内残余应力越大，电导率越高。薄膜的电导率高于块体材料。再次，利用静电纺丝技术制备了一维La₂Mo₂O₉纳米材料，希望通过增大材料的比表面积来实现电性能的提高。该纳米纤维呈现单个晶粒串的微观结构，与传统材料不同，室温下呈现高温立方相。由于相变抑制效应和表面快速传导，La₂Mo₂O₉纳米纤维的离子电导率是块体的2,000倍。实验证明其传导机制同样为氧离子传导。最后，合成了多种掺杂含量的YSZ纳米纤维，证明了表面传导对于一维纳米材料电性能的重要性，并且验证了氧离子传导机制。此外，利用同轴静电纺丝法制备了管状YSZ纳米纤维。纳米纤维材料对于开发低温微型SOFC具有潜在的巨大应用价值。