阴极材料是中温固体氧化物燃料电池(intermediate-temperature solid oxdie fuel cells,IT-SOFCs)的关键部件之一,在中低温(500-700 ℃)条件下具有较高电催化活性的阴极材料对电池输出性能的提高具有重要的意义。层状结构双钙钛矿氧化物LnBaCo2O6-δ(LBCO)是一类广泛应用的SOFCs阴极材料,具有许多优点,例如较高的氧离子扩散系数(D*)和表面交换系数(k*),材料中含有一定数量的有利于氧离子传导的氧空位;与常用电解质有着较好的热匹配性,离子电导率与钙钛矿结构的氧化物相比较高等,因而这种结构的氧化物作为新型中温固体氧化物燃料电池的阴极材料引起了人们的关注。在LBCO系列氧化物中,与其它含钴的层状结构双钙钛矿氧化物相比,EuBa Co2O6-δ具有相对较小的热膨胀系数和优良的电催化活性,是一种具有良好的应用价值的阴极材料。为了提高EuBaCo2O6-δ阴极材料的电化学性能,我们研究了A位阳离子缺位,A位阳离子掺杂碱土金属Ca,以及复合电解质Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)的方法对材料的电化学性能的影响。采用乙二胺四乙酸-柠檬酸盐法合成了EuBa1-xCo2O6-δ(x=0-0.06)氧化物。研究结果表明该系列材料在室温下是正交结构的层状双钙钛矿氧化物,空间点群为Pmmm。高温条件下与传统的Ce0.9Gd0.1O1.95(CGO)电解质有着较好的化学相容性。A位Ba离子缺位策略提高了材料的电导率,降低了热膨胀系数,并且增加了氧空位的浓度,进而提高了氧离子的传导与扩散能力,有利于阴极氧还原性能的优化。电化学测试结果表明在该系列材料中,EuBa0.98Co2O6-δ(EB0.98CO)具有最优的阴极电化学性能。700 ℃时,极化电阻仅为0.107Ωcm2,阴极过电位为10 mV时,对应的电流密度为77 mA cm-2。将其作为阴极材料,制备的阳极支撑单电池(Ni-YSZ/YSZ/CGO/EB0.98CO)的峰值输出功率密度为505 mW cm-2。不同氧分压条件下的交流阻抗测试证明,阴极氧还原反应(oxygen reduction reaction,ORR)的速率控制步骤随着温度的降低而发生变化。高频率区阻抗谱分析表明,氧还原反应的速率控制步骤不随温度变化而变化,为体相电荷迁移过程;低频率区的结果表明随着温度降低,氧还原反应的速率控制步骤出现了由氧分子的吸附过程到吸附氧分子的解离过程的转变。为了进一步改善阴极材料的电化学性能,将具有最低阴极极化电阻的EuBa0.98Co2O6-δ与电解质SDC按不同质量比(x=10-40 wt.%)通过机械研磨法进行混合,并研究SDC的复合对阴极电化学性能的影响。实验结果表明SDC电解质材料的复合使材料的热膨胀系数相对EB0.98CO材料有所降低。当x=20 wt.%时,EB0.98CO-20SDC的热膨胀系数为16.3×10-66 K-1。700 ℃时阴极极化电阻仅为0.027Ωcm2。与单独的EB0.98CO材料相比,极化电阻有着显著的降低。阳极支撑的单电池(Ni-YSZ/YSZ/CGO/EB0.98CO-20SDC)的最大输出功率密度达到969 mW cm-2。对氧还原反应机理的探究结果表明,氧还原反应速率控制步骤为氧离子在三相界面处向电解质的传输和体相电荷迁移过程。通过高温固相法合成了Eu1-xCaxBaCo2O6-δ(x=0-0.25)阴极材料。研究发现Ca的掺杂使材料的热膨胀系数降低,增大了材料中氧空位的浓度。其中,Eu0.8Ca0.2BaCo2O6-δ的热膨胀系数为16.3×10-6K-1,与CGO电解质有着良好的化学相容性。此外Ca的掺杂导致材料极化电阻的显著降低。700 ℃时,Eu0.8Ca0.2BaCo2O6-δ的极化电阻达到0.03Ωcm2。相对于母体材料,其极化电阻数值降低了约72%。通过不同氧分压条件下的阻抗测试,确定Eu0.8Ca0.2BaCo2O6-δ阴极材料的氧还原反应的速率控制步骤为电荷转移过程和氧分子的吸附过程。以Eu0.8Ca0.2BaCo2O6-δ为阴极构筑的阳极支撑单电池的最大输出功率密度为941 m W cm-2。