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固体氧化物电解池（SOEC）是一种高效的能量转化器件,可以利用来自太阳能、风能、水能或地热能产生的可再生电力在较高的温度（600-1000℃）下电解或共电解H2O和CO2,有效而经济地生产合成气。这种可再生能源循环不仅有助于减少每年的温室气体排放,而且还可以促进间歇性可再生能源的大规模并网,为实现“碳中和”社会做贡献。传统的SOEC使用金属陶瓷阴极,存在易氧化、易积碳、抗硫毒化性能差等问题,为避免这些问题,SOEC阴极发展的方向之一是全陶瓷电极。通常通过化学浸渍法制备高性能陶瓷电极,需要在多孔电极骨架上负载30wt%左右催化剂以形成导电网络,制备周期长且工艺繁琐。此外,SOEC运行中还存在阴阳极之间的氧分压差大,电能消耗较大,阳极侧纯氧被浪费等现象。本文针对以上问题开展了复相全陶瓷骨架以及甲烷辅助SOEC的工作,主要研究内容及结果如下:（1）构建复相陶瓷骨架电解CO2:Zr0.84Y0.16O2-δ（YSZ）和La0.8Sr0.2Cr0.5Fe0.5O3-δ（LSCr F）之间有良好的物理和化学相容性,采用“流延-叠层共压-共烧结”工艺制备具有不同YSZ-LSCr F比例的“多孔YSZ-LSCr F|致密YSZ|多孔YSZ-LSCr F”三层一体化骨架。复相骨架具有离子和电子混合导电特性,其电导率随LSCr F含量的提升而提高,电解CO2性能也随之提升。组成为80wt%LSCr F-20wt%YSZ的对称骨架显示出最好的电解CO2性能,电解电压为1.5 V,750、800和850℃下的电解电流密度分别为0.33、0.56和0.84 A cm-2。（2）构建纳米Sm0.2Ce0.8O2-δ（SDC）修饰YSZ-LSCr F复相骨架的对称电池电解CO2:采用湿化学浸渍法在上述对称YSZ-LSCr F复相骨架内负载约10wt%纳米SDC催化剂,在850℃和1.5 V下的纯CO2电解电流密度提升到1.3 A cm-2,短期测试结果显示,电解池在1.0至1.6 V下均表现出良好的稳定性。阻抗分析表明,纳米SDC修饰后,电解池的界面极化电阻从0.66Ωcm2降低到0.34Ωcm2;阻抗谱的弛豫时间分布分析表明,SDC催化剂有效促进了CO2还原的表面反应过程。（3）甲烷部分氧化（POM）反应耦合SOEC共电解制备合成气:热力学计算表明,在电解池阳极侧用CH4代替氧气,可以降低反应的吉布斯自由能,减少电解过程的电能消耗。850℃下,Ni-SDC修饰YSZ-LSCr F的电解池在1.0 V下电解电流密度达到400 m A cm-2,而相同条件下的CH4辅助共电解仅需0.3 V,电解CO2所需电能减少了70%。在CH4辅助共电解模式下,当阴极侧进气中CO2和H2O体积相等时,在阴极侧始终可以得到H2:CO≈2的合成气。阳极侧产物较为依赖实验条件,中等电流密度和较高温度更有利于POM反应发生生成合成气。例如,在850℃和450 m A cm-2下,能够以6.5 m L min-1 cm-2的速率从阳极产生H2:CO≈2的合成气。（4）对称直孔YSZ-LSCr F电极支撑SOEC电解H2O:采用相转化流延法制备对称直孔YSZ-LSCr F电极支撑SOEC,直孔骨架的孔径分布在0.4-25μm,孔径较大,孔道笔直,曲折因子较小,在两侧电极浸渍SDC纳米颗粒制备电解池并进行电解水测试。直孔通道可以降低气体传输过程中的努森扩散阻力,在低水分压下直孔电极支撑SOEC的极限电流密度比常规弯孔电极支撑SOEC更高。电解池阳极和阴极反应的速率控制步骤分别是电解质/电极界面处的电荷转移过程和H2O的表面催化还原过程,电极反应活化能分别为1.39和1.12 e V。电解池在800℃、1.3 V和50%H2O-50%N2下电解水,电解电流密度为0.58 A cm-2,运行80 h后无明衰减。（5）甲烷偶联（OCM）反应耦合SOEC电解CO2:在对称直孔结构YSZ-LSCr F电极支撑SOEC的两侧分别负载La0.3Sr1.55Fe1.5Mo0.4Ni0.1O6-δ（LSFNM）阴极催化剂和Mn2O3-Na2WO4/TS-1阳极催化剂。在电解过程中,阴极侧通入CO2发生CO2电化学还原反应,阳极侧通入CH4发生OCM反应,电解池在850℃和1.5 V下的电解电流密度为1.77 A cm-2。阳极侧尾气产物有CO、CO2、C2H4和C2H6,其中CO2的含量可以忽略不计,C2（C2H4和C2H6）产物的选择性均超过80%,在较高的甲烷浓度和较大的甲烷流速下可以获得更高的产率。由于催化剂负载量低以及OCM反应速率常数较小,所以甲烷的转化率较低。