煤与煤层气（Coalbed Methane，CBM）是我国的优势资源禀赋。高效清洁地利用煤及煤层气，对于维护我国能源安全和生态文明、促进全球可持续发展，具有重大意义。　　固体氧化物燃料电池（SOFCs）是一种高效洁净的能量转换装置。直接以固体碳为燃料时，Boudouard反应是制约SOFCs性能的速控步之一。引入催化气化，提高Boudouard反应速率是改善SOFCs性能的关键之一。由化学试剂制备的催化剂，成本高、回收利用困难，因此，研制与煤基碳等廉价固体碳燃料相匹配的低成本催化剂成为一个研究热点。本文研究了低成本的钢渣基催化剂对Boudouard反应的催化作用，以及对电池性能的影响。钢渣经碱处理后，矿物相分解，催化活性提高。使用碱处理钢渣催化剂，固体碳的气化温度降低约70℃；电池的功率密度（PPD）从128 mW cm-2增加到207 mW cm-2；燃料利用率从19.50％增加到46.50%。　　直接以碳氢化合物为燃料，可使SOFCs系统简化、能量转换效率显著提高。Ni基陶瓷阳极具有催化活性高、电子电导性高、制作技术成熟等优点，已获广泛使用。但使用含碳燃料时易积碳，破坏阳极，导致SOFCs的性能急剧衰减。针对这一挑战，除了对镍基阳极改性和采用替代性材料来提高阳极抗积碳性能之外，研究表明，调控优化操作条件是控制阳极积碳、提升电池性能的又一有效途径。本文利用连续多阶段的操作条件调控过程，研究了以干CH4或积碳为燃料SOFCs的操作稳定性，并研究了三种不同操作模式下直接干CH4燃料SOFCs的操作稳定性。结果表明，通过优化电流密度和燃料供应方式可以提高电池的运行稳定性。交流阻抗谱结果显示，积碳被消耗时会出现Ni的部分氧化。通过纯CH4间歇式供应模式，控制CH4的供应与消耗，使得碳的沉积和利用得以较好地平衡，可使电池以准稳态方式运行。极化阻抗的增大可能是由于少量NiO的生成和少量残碳存在，而残碳可经由氧化还原过程去除。　　煤层气的主要成分是CH4。CH4浓度低于30 vol%的煤层气为低浓度煤层气。我国低浓度煤层气储量大，但大部分直接排空，利用率低，造成了严重的资源浪费和环境污染。低浓度煤层气的高效清洁利用技术是国家的重大需求。本文研究了利用30 vol%低浓度煤层气为燃料的 SOFCs的发电性能及稳定性，以及添加Li-La-Ni/Al2O3-Cu阳极催化涂层对30 vol%CBM电池性能的提升效应。结果显示，发电性能：30 vol%CBM(Li-La-Ni/Al2O3-Cu)>30 vol%CBM>CBM。尽管30 vol%CBM电池的运行稳定性较CBM的有所改善，但依然存在阳极积碳导致的性能衰减。添加Li-La-Ni/Al2O3-Cu催化涂层后，30 vol%CBM电池的性能有显著提高，稳定运行时间提高约40倍至120 h以上，表明将阳极催化涂层应用于低浓度煤层气SOFCs是可行的。