SOEC(solid oxide electrolysis cell)是高溫固體氧化物電解池的簡稱,是在高溫下將電能和熱能轉為化學能的電解設備。相比常溫電解水,SOEC高溫水電解可以提供更高的能源轉化效率。
如圖所示,隨著溫度的不斷上升,水電解需要的總能量增加幅度較小,但對電能和熱能的需要則產生了比較大的變化。在高溫下,SOEC電解水對電能的需求逐漸減少,對熱能的需求量逐漸增大。這意味著,SOEC電解設備在高溫下工作時,可以有效減少對高品質能源——電能的需求,并提升對低品質能源——廢熱的利用率。在未來,當可再生能源或者先進核能供應充足時,SOEC可以成為大規模制氫的技術路線之一。
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從技術原理上進行分類,SOEC可分為氧離子傳導型SOEC和質子傳導型SOEC。
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質子傳導型SOEC在電解質中傳導質子。設備運行時,高溫水蒸氣從陽極側進行供給。水分子在陽極參與氧化反應,失去電子后生成氧氣和質子。質子通過質子傳導電解質到達陰極后發生還原反應,在陰極處生成氫氣。
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氧離子傳導型SOEC在電解質中傳導氧離子。和質子傳導型SOEC有所區別的是,氧離子傳導型SOEC從陰極(氫電極)處供給水蒸氣。水分子在得到電子后生成氫氣,并電離出氧離子。氧離子經過電解質傳導至陽極后,經氧化形成氧氣。
由于質子傳導型SOEC在技術層面的要求更高,尤其是材料選擇上存在很多障礙,目前的發展進度遠遠落后于氧離子傳導型SOEC。在市場上,對SOEC的商業化嘗試主要集中于氧離子傳導型SOEC。
目前,SOEC電解設備的總體產業化程度不高,推出的商業化產品較少,仍處于研發階段。相比國內,國外推出的產品數量相對較多。
原文始發于微信公眾號(萬旗氫能):科普 | 高溫固體氧化物電解水制氫技術