固体氧化物燃料电池(SOFCs)是一种具有高效转化率的环境友好型发电系统,镍-氧化钇稳定氧化锆(Ni-YSZ)阳极拥有良好的催化活性和化学与机械稳定性,是目前应用最广泛的阳极材料。除了阳极材料本身的性质以外,阳极的气孔结构及孔隙率也在很大程度上影响着电池的输出性能。研究表明通过改变孔道结构可以对三相反应界面(TPB)产生影响,根据Knudsen扩散理论,气体在定向孔道中的传输速率要大于非定向孔道,因此,拥有定向孔道的阳极有望成为进一步提高阳极性能的突破点。海藻酸钠自组装法是一种通过螯合反应产生定向孔道的工艺,被广泛应用于直孔陶瓷的制备中。本论文采用海藻酸钠自组装法制备了直通孔YSZ支撑体,研究结果表明支撑体的孔径和孔隙率都随着YSZ固相含量的增大而减小,随着金属阳离子浓度的增大而减小。通过浆料旋涂法在直通孔基底上制备YSZ电解质层,采用浸渍法制备Ni-YSZ阳极。对单电池进行测试,单电池的开路电压(OCV)在2 min内达到1.1 V,800℃下的最大功率密度为288.56 m W/cm~2,欧姆电阻为0.35Ω·cm~2,低频弧部分极化电阻占总电阻的7.6%,体现了直孔阳极对气相扩散的有利影响。除了采用浸渍法制备阳极,本论文也研究了直接采用Ni-YSZ复合材料制备直通孔支撑体,以Ni-YSZ阳极功能层(AFL)作为初始阻挡层,制备了直通孔Ni-YSZ复合阳极支撑型SOFCs。阳极功能层有效降低了单电池的欧姆电阻,800℃时单电池的欧姆电阻为0.31Ω·cm~2,最大功率密度为258.67m W/cm~2。另外,以Ni-YSZ复合材料为基础,采用一体化法同时制备了直通孔阳极和AFL,并研究了一体化结构对单电池性能的影响。结果表明,一体化法制备的单电池输出性能有了较大的提升,800℃下最大功率密度达到366.66 m W/cm~2。由于孔壁内部Ni O还原产生的微小孔隙导致反应气体无法及时达到反应位点,产生了一定程度的浓差极化。借鉴金属支撑型薄膜电池的概念,本论文首次尝试在直通孔支撑体的基础上,构建带有Ni集流层的薄膜电池——Ni/Ni-YSZ/Ni-YSZ(AFL)/YSZ/LSM-SDC电池,研究直通孔陶瓷作为薄膜电池载体的可行性。研究表明,过厚的集流层限制了直通孔结构在气相扩散方面的优势,而过薄的阳极层无法提供足够的TPB,导致电池输出功率没有达到预期值。通过减小集流层厚度,增大集流层孔隙率,适度增加阳极层厚度从而增大TPB,有望使单电池输出功率得以提高。