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固体氧化物燃料电池（SOFC）可以将储存在燃料中的化学能高效环保地转化为电能。传统的SOFC装置通常在800℃以上的高温下工作,这带来了许多弊端:组件性能劣化、密封困难、高热应力、电堆运行成本高等。降低SOFC的工作温度可以有效避免高温带来的系列问题,成为了目前SOFC的主要发展趋势。相比于氧离子传导固体氧化物燃料电池（O-SOFC）,质子导体固体氧化物燃料电池（H-SOFC）具有更低的传导活化能,在中低温下更具有应用前景。然而,缺乏合适的阴极制约着H-SOFC的发展。开发高性能的阴极材料一直是H-SOFC的研究重点。本文基于众多已研究的高性能H-SOFC阴极材料,利用掺杂的方法开发出了两种新型钙钛矿材料La0.5(Ba0.2Sr0.2Ca0.1)Co0.8Fe0.2O3-δ（LBSCCF）和Nd(Ba0.4Sr0.4Ca0.2)Co1.6Fe0.4O5+δ（NBSCCF）。根据H-SOFC阴极材料的要求,对LBSCCF和NBSCCF进行了系列的测试与表征。将它们分别与质子导体电解质材料BaZr0.1Ce0.7Y0.1Yb0.1O3-δ（BZCYYb）混合作为H-SOFC的复合阴极,就两种复合阴极在H-SOFC中的电化学性能进行了深入研究。以下是本文的主要研究内容及结论:（1）通过溶胶凝胶法成功制备了新型钙钛矿LBSCCF和NBSCCF,使用XRD及其Rietveld精修对材料晶体结构进行了表征,结果显示LBSCCF具有A位无序的立方结构,而NBSCCF呈现A位有序排列的层状结构。LBSCCF、NBSCCF均与BZCYYb在一定条件下呈现出良好的化学相容性;（2）为了探究两种新材料与电解质BZCYYb之间的热匹配性,测试了LBSCCF、NBSCCF与BZCYYb的热膨胀系数。30-800℃的平均热膨胀系数分别为19.922×10-6K-1、19.706×10-6K-1、10.756×10-6K-1。本文的掺杂方案有效地降低了材料体系的热膨胀系数。对LBSCCF与NBSCCF进行了热重分析测试,结果显示两种材料在较高温度下均随温度的升高不断失重,这归因于晶格氧的逃逸,提供了许多利于阴极氧还原反应的氧空位。使用直流四端法测试了NBSCCF的电导率,在100℃-800℃的测试温度范围内达到750-2500 Scm-1的高电导率;（3）探索了丝网印刷方法和共压法制备H-SOFC全电池的工艺,均得到了致密纤薄的电解质层,共压法制备的阳极能保持更高的孔隙率。通过电化学阻抗谱（EIS）测试、全电池功率密度测试等研究了LBSCCF-BZCYYb复合阴极在H-SOFC中的电化学性能。LBSCCF-BZCYYb复合阴极在丝网印刷和共压的方法制备的全电池上均呈现了优异的输出功率和较小的极化阻抗。在测试温度范围内,低频区的极化阻抗所代表的氧吸附和解离的传质过程成为了电极反应的限速过程。650℃以下时极化阻抗主导全电池总阻抗;（4）NBSCCF-BZCYYb复合阴极在阳极支撑单电池（丝网印刷方法制备）上取得了优异的电化学性能,700℃和650℃最大功率密度分别达到了776.639和501.785 mW/cm2,电极极化阻抗（Rp）分别为0.114、0.298Ωcm2。弛豫时间分布方法（DRT）对EIS的分析结果显示阴极极化过程是整个全电池极化阻抗的主要来源,复合阴极的氧吸附、解离、还原和扩散过程成为了全电池的决速步骤。