SOEC“破冰”

固体氧化物电解水(SOEC)作为一种高效的电解水技术，是国际能源领域的研究热点。我国固体氧化物电解水技术研发进程也在加快，已有“破冰”迹象。

近日，国内SOEC领域频频传来新动态。思伟特承担的国内首台千瓦级SOEC制氢系统样机开发项目顺利通过验收；武汉华科福赛新能源研发的15×15cm²单电池固体氧化物电解池电堆稳定运行时间已超过1040小时。此外，国内多家企业正积极推进SOEC产业化进程。

在国内SOEC日渐活跃的背景下，SOEC距离商业化运行到底还有多远？

国内SOEC的发展现状

电解水制氢有碱性水电解制氢（AWE）、质子交换膜水电解制氢（PEM）、固体聚合物阴离子交换膜水电解（AEM）、固体氧化物水电解（SOEC）等多种技术路线。SOEC是一种能在中高温下将热能和电能高效环保地直接转化为燃料中化学能的全固态化学电解装置。

SOEC作为一种具有很好发展前景的新型水电解技术，但是目前该技术成熟度较低，国内仅在实验室里完成验证示范，尚未广泛商业化。

随着国家能源结构向绿色低碳转型，国内SOEC领域有了新的进展。以下为高工氢电整理的近年来国内SOEC有关动态：

从以上动态可以看出，国内SOEC产业发展具有以下特点：一是科研院所、相关企业加快推进SOEC研发及成果转化。比如中国科学院上海应用物理研究所完成固体氧化物电解制氢相关专业技术的知识产权交易；中船718所牵头申报的国家重点专项项目“基于高温电解水制氢联合生物气高效制甲烷的大型储能关键技术研究”获批立项。

据悉，内蒙古、山东、广东等地区氢能产业发展规划中均将SOEC电解水制氢列入重点攻关专项，政策上的鼓励是推进SOEC产业发展的重要因素。

二是陆续有新产品推出，向千瓦级迈进。除华科福赛和思伟特外，宁波材料所、浙江氢邦科技等也都推出了新型的固体氧化物电解池。其中氢邦科技成功研发SOEC千瓦级电解堆，思伟特千瓦级SOEC顺利通过验收。国产SOEC正在努力提高单台产氢能力。

三是市场出现小批量订单，部分企业开始规划产能。近年来，市场上陆续出现了小批量的订单，南方电网、中国科学院上海应用物理研究所等公开招标小批量采购 SOEC。同时，一些企业也在提前布局产能，江苏宜兴氢枫和壹石通都公布了筹建SOEC产业园的计划，前瞻谋划未来产业，抢占行业先机。

值得一提的是，SOEC与SOFC互为逆反应，二者单电池的物理结构以及单电池组堆的方式相似，SOEC对材料的一般性要求与SOFC有许多相同之处，因此一些企业会同时布局研发生产SOEC和SOFC，以期待更广阔的市场空间。

SOEC技术的几大优势

众多企业、院所正在SOEC领域展开布局，源于SOEC技术在制氢上具有天然优势。

一方面，SOEC在电解制氢效率具有明显的优势。在标准状态下，AWE电解水技术的电解效率约为60%-75%，PEM电解水技术的电解效率约为70%-90%，而固体氧化物（SOEC）电解槽在高温（700-850℃）下运行，电解效率可达75%-100%。在同样的工况下，相比于AWE电解制氢和PEM电解制氢技术，可以节约30%以上的用电。

另一方面，SOEC技术原料适应性广。SOEC电解槽进料为水蒸气，若添加二氧化碳后，则可生成合成气（Syngas，氢气和一氧化碳的混合物），再进一步生产合成燃料（e-fuels，如柴油、航空燃油）。因此SOEC技术有望被广泛应用于二氧化碳回收、燃料生产和化学合成品，具有碳中性循环的优点。

此外，SOEC技术还有运行模式可逆化的特点。如果把水制氢的固体氧化物型电解单元（SOEC）与利用氢发电的（SOFC）组合成一套系统，可形成一套高效产氢或电的化学储能装置。电力过剩时可利用再生能源的剩余电力制氢，将电能高效转化为化学能（氢能）。在电力紧张时，又可以将储存的氢气发电，通过电化学反应得到电能。

从材料成本来看， SOEC的核心部件为固体氧化物陶瓷材料和不锈钢材料，具有较强的机械稳定性和环境适应性，且不使用贵金属催化剂，材料成本低廉。

综上所述，SOEC技术的应用适合于大规模场景，其经济性体现在制氢效率高、原料适应广、运行模式多样化以及材料成本低廉等。

“AWE电解水和PEM电解水技术都存在自己的天花板。从长期来说，高温SOEC技术有利于进一步提高制氢效率、降低制氢成本，该技术将成为未来市场主流技术之一。” 一家SOEC企业相关负责人预测。

商业化前的挑战

今年3月，由国家发展改革委、国家能源局印发《氢能产业发展中长期规（2021-2035年）》明确提出，要合理布局制氢设施，推进固体氧化物电解池制氢等技术研发。在政策方向指引下，SOEC技术前景可期。但客观来看，目前在产氢规模、运行时间等方面符合商业化运行的SOEC产品很少。

SOEC商业化还面临一系列技术上的难题和挑战：在高温长期运行环境下的材料组成、结构的变化等有待改进；无论是吸热还是放热模式，都会在电堆内部产生较大的温度梯度，这都容易导致电堆性能的衰减。目前大多数SOEC的寿命不到1万小时，且具有明显的衰减速率。

具体来看，SOEC设计开发成本高、风险大。首先是关键材料研发，高温下运行给SOEC带来了热力学和动力学上的优势，但是也对材料的性能提出了更高要求。如何在高温下具有较好的热稳定性和化学稳定性，不同组件间的热膨胀系数匹配，相态和晶体结构稳定，具有一定的强度和抗热冲击能力，同时保证材料易于加工、成本尽可能低，是国际难题。

其次是目前SOEC原材料体系均由厂家独自设计制造。目前每家设计的SOEC产品支撑结构不同，生产配套的原材料也不一样，目前还没有完备的供应链，这就导致如果固体氧化物电解池中某一环节原材料开发出现问题，整体将面临开发失败的风险。

SOEC技术也面临所有电解水制氢都无法绕开的难题，那就是用电价成本高。电解水制氢70%的成本是电价，只有电价高的难题解决了，绿氢市场才能进一步壮大。

“目前来看，SOEC还是一项前沿技术，距离大规模商业化还有一段路要走。大家在布局的同时也在观望，等待市场大规模需求的出现。长期来看，光伏和风电形成的低成本电力，利好电解水制氢，这也是SOEC生产企业未来开拓市场重点方向。”一家SOEC企业相关负责人告诉高工氢电。