高溫固體氧化物電解水制氫(SOEC）是指在高溫下將電能和熱能轉化為化學能的過程。目前發展的SOEC按照電解質載流子的不同，可分為氧離子傳導型SOEC和質子傳導型SOEC。近年來也有研究報道采用氧離子和質子共傳導材料作為電解質的SOEC，即混合電導SOEC，但目前研究較多和發展更為成熟的是氧離子傳導型SOEC。
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SOEC電解系統的最基本組成單元是SOEC電解池，多個電解池組裝在一起成為SOEC電堆。多個電堆和氣體處理系統、氣體輸送系統一起可以組合成SOEC電解模塊。
高溫固體氧化物電解水制氫技術電解池由電解質、陰極和陽極等核心部分組裝而成。中間是致密的電解質層，兩邊為多孔的氫電極和氧電極。以氧離子傳導型SOEC為例，較高溫度下（700-900℃）,在SOEC兩側電極上施加一定的直流電壓，H2O在陰極被還原分解產生H2和O2-，O2- 穿過致密的固體氧化物電解質層到達陽極，失去電子生成O2。
圖??固體氧化物電解池組成，來源《電化學》
SOEC電解水制氫電解池主要組成部分
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主要組成 |
主要作用 |
材質 |
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電解質 |
將陰極產生的氧離子傳導至陽極，阻隔電子電導，并防止陰陽極產生的氫氣和氧氣接觸 |
通常選用導電陶瓷材料。800-1000C?常用有穩和定的氧化錯(YSZ) ?銳穩定的氧化錯ScsZ);600-800C常用鰓嫁鎂(LSGM)影摻雜的氧化鋪(SDC)和亂摻雜的氧化鋪(GDC) |
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陰極 |
原料水分解的場所，提供電子傳輸通道 |
通常選用金屬陶瓷復合材料，如鎳、鉆、鉑、等金屬 |
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陽極 |
通常選用金屬陶瓷復合材料，如鎳、鉆、鉑、等金屬 |
常用鈣鐵礦氧化物，摻雜的酸?(LSM)最具代表性 |
SOEC電解水制氫技術最大的優勢是電耗低，適合產生高溫、高壓蒸汽的光熱發電系統。但由于對陰陽極材料的特性要求較高，使得材料的成本大大增加，因此商業化應用受到限制。
另外，SOEC可以在電解池和燃料電池 (SOFC) 模式之間靈活切換。因其反應可逆，用作高效產氫或電化學儲能裝置, 將電能高效轉化為化學能 (氫能), 也可在燃料電池模式下運行, 通過電化學反應得到電能。
高溫固體氧化物電解水技術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。國外企業主要包括德國Sunfire公司和美國Bloom Energy公司等。國內目前尚處于研發示范階段，濰柴動力、中廣核、東方鍋爐、國家能源集團、北京低碳院、浙江氫邦、寧波索福人、新奧集團、潮州三環、華清能源、武漢華科福賽、浙江臻泰能源、佛山索弗克、中博源儀征新能源、中弗新能源等企業正積極布局SOEC制氫。
由于在運行過程中對于熱能的需求更大，國內外SOEC示范項目主要集中于熱能資源豐富或廢熱較多的地區，如鋼鐵治煉工廠、化工合成工廠或者核能發電工廠，這些是未來SOEC的主要應用場景。
來源：華安證券、能景研究、艾邦綜合整理
原文始發于微信公眾號（艾邦氫科技網）
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