高温固体氧化物电解（SOEC）系统的最基本组成单元是SOEC电解池，多个电解池组装在一起成为SOEC电堆。多个电堆和气体处理系统、气体输送系统一起可以组合成SOEC电解模块。最终多个模块可以组合成一个完整的SOEC系统。由于各个SOEC设备制造公司的技术和工艺存在差异性，组成SOEC电解电堆的电解池数量、组成SOEC电解模块的电堆数量和组成SOEC电解系统的模块数量也会存在不同。接下来本篇将对电解系统的关键材料进行介绍。
SOEC电解池：电解质、阴极和阳极是SOEC电解池的核心组成部分，直接影响着SOEC设备的工作性能和工作效率。
电解质的性质决定了SOEC的技术路线和阴、阳极材料的选择（高温下热膨胀系数需保持一致）。电解质的主要作用是将在阴极产生的氧离子传导至阳极，阻隔电子电导，并防止阴阳极产生的氢气和氧气相互接触。因此，电解质层需要有极高的离子传导率和极低的电子传导率。为了防止阴极的氢气渗透进入阳极，电解质层的气密性必须高。此外，为了减少电解池的欧姆损失，电解质层的厚度要尽可能减小。
电解质材料通常选用导电陶瓷材料。在800—1000°C的高温运行环境下，常用的电解质材料有钇稳定的氧化锆（YSZ）和钪稳定的氧化锆（ScSZ）。由于YSZ即可以提供优良的氧离子电导率，相比ScSZ又具备一定的成本优势，已经成为了最常用的电解质材料。在600—800°C的中温运行环境下，镧锶镓镁（LSGM）、钐掺杂的氧化铈（SDC）和钆掺杂的氧化铈也是较为常用的电解质材料。
阴极是原料水分解的场所，并提供电子传导通道。这要求阴极材料具有良好的电子导电率、氧离子导电率和催化活性，以确保反应的顺利进行。与此同时，由于阴极需要和高温水蒸气直接接触，阴极材料需要在高温高湿下具备化学稳定性。材料还必须具备合适的孔隙度，保证电解所需水蒸气的供应和氢气产物的输出。由于在高温下，热膨胀系数不匹配会导致过高的机械应力，最终使材料破碎。因此，阴极材料必须和电解质材料具有类似的热膨胀属性。
阴极材料通常选用金属陶瓷复合材料。镍、钴、铂、钯都满足SOEC对阴极材料的要求。镍的成本较低，对水的分解反应具有良好的催化活性，用镍和YSZ制造的金属陶瓷复合材料成为了最常用的阴极材料。使用YSZ和镍作为阴极材料，可以使阴极的热膨胀系数接近以YSZ为主要材料的电解质，保持SOEC的机械稳定性。YSZ还可以提高界面的电化学反应活性，确保SOEC的工作效率。
阳极是产生氧气的场所。阳极材料必须要在高温氧化的环境下保持稳定。与此同时，为了确保氧气的顺利生成，阳极材料必须具备优良的电子导电率、氧离子导电率和催化活性；材料必须采用多孔结构，便于氧气的流通。最后，为了保持高温下的机械稳定，阳极材料的热膨胀系数也必须和电解质相匹配。
使用钙钛矿氧化物制备的导电陶瓷材料是目前最常用的阳极材料。其中，掺杂锶的锰酸镧（LSM）的化学催化活性高，和YSZ电解质的热膨胀系数接近，是其中最具代表性的材料之一。
原文始发于微信公众号（万旗氢能）：科普 | 高温固体氧化物电解水制氢系统构成
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