科普 | 高温固体氧化物电解水制氢技术

如图所示，随着温度的不断上升，水电解需要的总能量增加幅度较小，但对电能和热能的需要则产生了比较大的变化。在高温下，SOEC电解水对电能的需求逐渐减少，对热能的需求量逐渐增大。这意味着，SOEC电解设备在高温下工作时，可以有效减少对高品质能源——电能的需求，并提升对低品质能源——废热的利用率。在未来，当可再生能源或者先进核能供应充足时，SOEC可以成为大规模制氢的技术路线之一。

从技术原理上进行分类，SOEC可分为氧离子传导型SOEC和质子传导型SOEC。

质子传导型SOEC在电解质中传导质子。设备运行时，高温水蒸气从阳极侧进行供给。水分子在阳极参与氧化反应，失去电子后生成氧气和质子。质子通过质子传导电解质到达阴极后发生还原反应，在阴极处生成氢气。

氧离子传导型SOEC在电解质中传导氧离子。和质子传导型SOEC有所区别的是，氧离子传导型SOEC从阴极（氢电极）处供给水蒸气。水分子在得到电子后生成氢气，并电离出氧离子。氧离子经过电解质传导至阳极后，经氧化形成氧气。

由于质子传导型SOEC在技术层面的要求更高，尤其是材料选择上存在很多障碍，目前的发展进度远远落后于氧离子传导型SOEC。在市场上，对SOEC的商业化尝试主要集中于氧离子传导型SOEC。

目前，SOEC电解设备的总体产业化程度不高，推出的商业化产品较少，仍处于研发阶段。相比国内，国外推出的产品数量相对较多。