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众所周知,固体电解质是一种新型功能材料,具有许多重要的电化学应用,包括有机物的催化氢化和脱氢,常压合成氨,氢气的分离和纯化,气体传感器,分子泵,固体氧化物燃料电池等。基于高温(800℃以上)固体电解质材料的电化学装置由于工作温度高,对系统电极及连接材料的要求高,能量消耗大,制造成本高。因此,中温(100-800℃)固体电解质材料越来越受人们的关注。近来,一类新型中温无机固体电解质材料—焦磷酸盐(MP2O7)系列材料引起了人们的极大兴趣。MP2O7类型电解质材料在100-600℃的温度范围内具有较高的质子导电性及良好的热稳定性,并且不溶于水。作为MP2O7家族成员之一,Mg掺杂的ZrP2O7致密陶瓷材料的中温离子导电性及应用几乎还没有报道。固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell, SOFC)是通过电化学反应将化学能直接变成电能的一种发电装置。因其发电效率高、污染排放低、对环境友好、长寿命等显著优点而被称为21世纪的新型绿色发电技术。SOFC的关键材料包括多孔性阳极材料、阴极材料、电解质材料、连接材料和密封材料等。阴极材料是固体氧化物燃料电池的重要部件之一,主要分为金属、金属陶瓷和钙钛矿结构的复合氧化物等阴极材料。很多钙钛矿结构的混合离子-电子导体已经被广泛应用为中温SOFC的阴极材料,例如,含钻钙钛矿型阴极材料La0.5Sr0.5CoO3-α, La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ,Sm0.5Sr0.5CoO3-δ,等。但钴为稀有元素,含钴阴极材料热膨胀系数高,较难与电解质匹配,故无钴阴极材料倍受关注。因为锰元素丰度高,相对钴元素而言价格低廉,且离子半径接近于铁离子半径,故以Mn掺杂的La0.6Sr0.4FeO3-δ作为SOFC阴极材料引起了我们的研究兴趣。基于以上情况,本论文主要对系列Mg掺杂的ZrP2O7电解质材料Zr1-xMgxP2O7和Mn掺杂的La0.6Sr0.4FeO3-δ钙钛矿型阴极材料La0.6Sr0.4Fe1-xMnxO3-δ的制备、中温导电性能及应用进行了研究。主要研究工作及结果如下：(1)第一章—绪论。简要介绍了一些典型的功能陶瓷材料、固体电解质材料、无机质子导体、燃料电池,有关的缺陷化学及传导机制、应用等。概述了Zr1-xMgxP2O7中温电解质材料和无钻La0.6Sr0.4Fe1-xMnxO3-δ阴极材料的研究背景,提出了本论文的研究内容及研究意义。(2)第二章-Zr1-xMgxP2O7陶瓷的制备及中温电性能研究。采用固相法制备了系列陶瓷样品Zr1-xMgxP2O7(x=0.00,0.03,0.06,0.09,0.12),经过1250℃烧结5h后得到较致密的陶瓷样品。XRD测试结果表明Zr1-xMgxP2O7的掺杂限度为9m01%。陶瓷样品的相对密度随Mg掺杂量的增加而增加,对x=0.09的样品相对密度最大为97.1%。掺杂离子浓度x对样品电导率有着显著的影响：6(x=0.00)<σ(x=0.12)<σ(x=0.03)<σ(x=0.06)<6(x=0.09)。掺杂量为x=0.09的陶瓷样品电导率最大,在600℃的空气和氢气下分别为1.34×10-4S cm-1和1.08×10-4Scm-1。以Zr0.91M90.09P2O7为典型样品,用气体浓差电池研究该样品的离子导电性。(3)第三章—阴极材料La0.6Sr0.4Fe1-xMnxO3-δ导电性及燃料电池性能研究。采用硝酸盐-柠檬酸法制得钙钛矿型系列阴极材料(x=0.00,0.05,0.10,0.15)。Mn部分取代Fe对样品电导率有显著的影响,在500℃空气气氛下La0.6Sr0.4Fe0.90Mn0.10O3-δ (LSFM10)电导率最大为160S cm-1。利用简易、低成本的浆料旋涂法及随后的热处理成功地制备出致密、均一的BaZr0.1Ce0.7Y0.2O3-d (BZCY)固体电解质薄膜,组装的三明治结构单电池BZCY+NiO|BZCY|LSFM10具有优良的燃料电池性能。电池在700℃时最大输出功率密度为475mWcm-2,燃料电池的界面极化阻抗Rp在700℃时为0.12Ω cm2。测试了电池工作温度在600℃,持续放电24h单电池的稳定性,电池功率密度衰减很小,表明以LSFM10为阴极的该陶瓷膜燃料电池具有良好的放电耐久性能。