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固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种新型能量转换装置，具有高效、燃料多样性和环境友好等特点。然而，较高的运行温度和燃料气体多样性带来的积碳、硫毒害等问题制约了廉价电极材料的选择，限制了其工业化应用。论文通过改进合成方法、掺杂元素、构建复合电极等手段，制备了一系列钙钛矿型电极材料和萤石结构的电解质。测试了钙钛矿型阳极材料的抗硫性能，以期解决燃料气多样性带来的硫毒害问题;改进了SDC的合成工艺，评估了改性前后的氧离子电导率和烧结致密性;针对已广泛应用的含钴阴极材料存在的不足，研发出热膨胀系数低、氧还原能力强、无钴钙钛矿型阴极材料，并尝试应用于同时脱硝产电;实验考察了由静电纺丝技术合成的经典阴极材料，获得了显著的电化学性能的提升。 采用EDTA螯合溶胶-凝胶法合成了钙钛矿型阳极材料Sm0.9Sr0.1Cr1-xFexO3-δ(x=0.2，0.5，0.8;SSCF)，系统地研究了不同掺杂量的晶格参数、晶胞体积、晶粒粒径和容忍因子;通过TEM、BET、H2-TPR、XPS等表征手段，分析其形貌、抗硫性能等，优化出最适宜的掺杂比后测试了SSCF5的单电池性能，在600℃和“20ppm H2S+10％H2”为燃料气的条件下，该电池获得的最大功率密度为34.04mW·cm-2，并表现出较好的耐硫特性。 YCrO3相对于SmFeO3具有更高的电导率和抗硫能力，因而采用柠檬酸燃烧法制备了3种不同掺杂量的Y0.9Sr0.1Cr1-xFexO3-δ(x=0.1，0.3，0.5)的钙钛矿型阳极材料(YSCF1、YSCF3和YSCF5)。通过XRD、TEM、BET和H2-TPR以及还原前后XPS图谱分析，化学热力学计算等分析手段，并对该阳极材料的电导率、抗硫性能和电池特性进行评价，实验结果显示出在600℃通入“1000ppm H2S+10％H2”燃料气，其功率密度为72.35mW·cm-2。YSCF比SSCF展现出更高的抗硫性及对H2S的强氧化能力。 采用超声-微波协助溶胶法制备了SOFC电解质Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)粉末，通过XRD、SEM、TEM及交流阻抗测试等对其形貌和性能进行了综合评价，实验结果表明超声-微波协助有利于金属离子的分散均匀，同温度下煅烧颗粒尺度更小，烧结更致密。 合成了透氧膜材料La0.4Ba0.6Fe0.8Zn02O3-δ通过热重分析、四电极测试、热膨胀系数测量及电化学性能测试等，测出LBFZ的膨胀系数为18.9×10-6K-1，低于大部分含钴基的电极材料，因而与SDC有较好的烧结兼容性。将SDC与LBFZ球磨混合、优化出复合阴极材料LBFZ-SDC64（质量比6∶4）。700℃下的极化阻抗(Rp)值为0.12Ω·cm2，此温度下单电池(NiO-YSZ/YSZ/SDC/LBFZ-S DC)功率密度率为839mW·cm-2。 通过溶胶凝胶法合成了阴极材料PrLa0.4Ba0.6Fe18Zn0.2O5+δ(PLBFZ)，实验结果表明掺杂的多价态Pr进入钙钛矿材料LBFZ的A位，构建的复杂钙钛矿结构阴极材料，在电导率、氧还原活性、电池性能等方面都超越LBFZ。PLBFZ的热膨胀系数仅为14.4×10-6K-1。通过交流阻抗测试优化出PLBFZ与SDC混合量和煅烧温度。优化后PLBFZ-SDC73的阳极支撑型单电池(NiO-YSZ/YSZ/SDC/PLBFZ-SDC)在700℃下的功率密度达到1079mW·cm-2。 通过溶胶凝胶法合成了钙钛矿NO直接分解催化材料La0.4Ba0.6Mn08Mg0.2O3-δ(LBMM)，并与SDC混合制成LBMM-SDC复合阴极材料。构建的单电池(NiO-SDC/SDC/LBMM-SDC)性能试验表明，5％NO作为唯一氧源的功率密度为2.43mW·cm-2，开路电压随NO浓度增加而增加。550℃下脱硝率即可达到99％。当NO气氛中加入O2，功率密度升至25.3mW·cm-2，但脱硝率下降。 通过静电纺丝法合成了纳米纤维结构的经典阴极材料La0.4Sr0.6Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCF)。它高度多孔、具有可调的直径和比表面积。优化后将得到的纳米纤维LSCF和商业粉LSCF进行了比表面积、ORR活性、电池性能的对比，发现纳米纤维LSCF阴极的活化能(0.99eV)小于商业粉(1.59eV)，比表面积高达(17.96m2g-1)。在750℃环境温度中，单电池(NiO-YSZ/YSZ/LSCF)的功率密度为1.03W·cm-2，比商业LSCF阴极的电池的高31％，表明纳米纤维结构LSCF具有很大的应用潜力能够显著提高SOFC的性能。