近年来，环境污染与资源、能源缺乏等问题愈来愈突出地摆在人们面前。燃料电池的开发与利用就是在这样的背景下蓬勃发展起来的，它是一种将燃料气体(或液、固燃料气化后的气体)的化学能直接转换为电能的大规模、大功率、新型而清洁的发电装置。燃料电池具有能量转换率高、比能量高、效率高、无污染、原料可以连续供给等特点。

1. 研究背景

SOFC的开发研究^[1]始于上世纪40年代。1937年和构造了首个SOFC，但在随后的几十年时间里，由于受到材料加工手段和技术的限制，SOFC并没有得到很大的发展。进入80年代，能源的紧缺和材料科学的发展使发达国家加大对SOFC研发的资金投入。目前大多数SOFC的研制开发工作都在发达国家的科研机构或大公司研究所里进行，其中以美国、日本和西欧居世界领先水平^[2]。

我国对 SOFC 的研究主要在研究所及大学中进行。中科院上海硅酸盐研究所^[7]在上世纪 80 年代就开始了系统研究 SOFC 材料、单体 SOFC 结构等技术。此外，中国科技大学、清华大学、吉林大学、华南理工大学分别开展了管式和平板式SOFC 的研究。总体来说，我国的SOFC研究与国外水平和实际应用还有着相当大的距离^[3]。

传统SOFC工作温度较高(gt; 800 ^oC)，由此带来的材料成本，材料热化学稳定性等方面的问题不容忽视。因此，中低温化是当今SOFC研究的热点，其研究关键在于寻找在中低温下具有较高、即满足使用要求的离子电导率的电解质材料。近年来，掺杂CeO₂电解质及掺杂CeO₂复合电解质材料因其在中低温条件下具有非常优异的离子电导率)而受到研究者的关注。

2．掺杂CeO2基电解质材料

作为一种典型的掺杂CeO₂基材料，Sm₂O₃掺杂的CeO₂(SDC)是继钇掺杂的氧化锆(YSZ)之后的第二代电解质材料，已成为中低温SOFC广泛采用的电解质。SDC的化学通式为Sm_xCe_1-xO_δ (x=0.1~0.3)。纯CeO₂为萤石结构，氧离子电导率很低，掺杂稀土元素Sm后，因为形成有大量氧空位的固溶体，使电导率大大提高^[5]，在以下，比YSZ的电导率高几倍到几个数量级。而Gd掺杂的CeO₂在时，其电导率为9.45#215;10^-2S/cm，在时约为9.2#215;10^-3S/cm，是所有稀土掺杂的CeO₂中电导率最高的^[6]。此外，Y掺杂、Ca掺杂以及双掺杂CeO₂也受到了广泛的关注和研究^[4-6]。但是掺杂CeO₂基材料在低的氧分压下极易因Ce离子的还原出现明显的电子导电，在一定程度上降低电池的开路电压和功率输出，这使它在SOFC中的应用受到了一定的限制^[7]。

3． SDC-LiNaCO₃复合电解质

自从 ^[8-11]等人在2001年的一篇报道中首次系统的阐述，分析和表征了掺杂氧化铈基电解质-碳酸盐这种复合电解质电导性能后，国内外关于掺杂氧化铈基电解质-碳酸盐的研究报道层出不穷。这类复合电解质的有效离子电导率（对功率输出有效的离子电导率）在400~600^oC的温度范围内可达到，基本达到了中低温的实用要求（一般gt;0.1S/cm）。由于有效离子电导率高，采用这种复合电解质材料和配以合适的电极材料，无需薄膜化即可获得具有良好中低温工作性能的单电池。

到目前为止，这种复合电解质的电导机理研究现在还不是很清楚，XD.Wang^[12]、邸静^[13]等人分别利用直流四端子法和直流极化法测定了SDC-LiNaCO3复合电解质的有效电导率，并指出由于复合效应使得复合物的质子电导率大大提高，并简单的指出氧离子在SDC中以氧空位的形式迁移而质子则在碳酸盐熔盐中输运。此外，关于碳酸盐熔盐可以输运氧离子的报道也证实了碳酸盐熔盐同样具有一定的氧离子输运能力^[14]。