電解水制氫具有工藝簡單、制氫純度高等優(yōu)點。隨著可再生能源逐步成為能源變革主流，制氫方式正在向電解水制氫靠攏。電解水制氫主要有三種方式，分別為堿性電解水制氫（AE）、質子交換膜電解水制氫（PEM）以及固體氧化物電解制氫（SOEC）。
固體氧化物電解池可在400-1000℃的溫度下工作，具有能量轉換效率高、不需要使用貴金屬催化劑等優(yōu)點，理論效率可達100%。
據(jù)了解，SOEC的組成結構與固體氧化物燃料電池（solid oxide fuel cell, SOFC）基本相同。其核心組成包括：電解質、陽極（也稱為氧電極）和陰極（也稱為氫電極），中間是致密的電解質層，兩邊為多孔的氫電極和氧電極.電解質的主要作用是隔開空氣/氧氣和燃料氣體，并且傳導氧離子（如圖所示）。因此一般要求電解質致密且具有高的離子電導和可忽略的電子電導。電極一般為多孔結構，以增加電化學反應的三相界面，并有利于氣體的擴散和傳輸。此外，平板式的SOEC還需要密封材料，多個單體SOEC組成電堆還需要連接體材料。我國于2005年開始啟動核能高溫SOEC電解水制氫的研究，歐美地區(qū)較早開展SOEC項目的研究。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，目前國際上普遍認為，SOEC已經(jīng)進入規(guī)模示范應用階段。但與AE制氫和PEM制氫相比，SOEC電解制氫技術目前還在有所欠缺。其中，對于關鍵材料的研發(fā)成為重中之重。SOEC電解制氫是在高溫情況下進行，因而對于材料的要求程度較高。高性能、高穩(wěn)定性的組件材料尚在開發(fā)之中。
目前國內各大研究所相繼開展SOEC電解水制氫項目，基于試驗成果開展大規(guī)模示范應用。上海應物所完成固體氧化物電解制氫相關專業(yè)技術的知識產(chǎn)權交易；中船718所牽頭申報的國家重點專項項目“基于高溫電解水制氫聯(lián)合生物氣高效制甲烷的大型儲能關鍵技術研究”獲批立項。此外，內蒙古、山東、廣東等地區(qū)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中均將SOEC電解水制氫列入重點攻關專項。氫能的大規(guī)模利用已經(jīng)成為趨勢。目前，美國、日本、韓國、英國等國家相繼出臺國家級氫能戰(zhàn)略，氫能的發(fā)展已經(jīng)受到越來越多的重視。氫能的大規(guī)模利用首先要解決氫的大規(guī)模制備問題，在選擇大規(guī)模制氫技術時，能量轉化效率的高低至關重要。SOEC在這方面具有顯著的優(yōu)勢，由于其在高溫下（700 ~ 900℃）下運行，電解制氫效率可接近100%。SOEC的技術特點決定了它很適合與可同時提供電能和熱能的一次能源耦合，實現(xiàn)氫能的大規(guī)模高效制備。研究表明，高溫氣冷堆是最適宜與高溫水蒸氣電解技術耦合的第四代反應堆型，當反應堆出口溫度高于800℃時，高溫水電解制氫總效率可達50%以上。2019年美國能源部的報告中，將基于SOEC的高溫電解技術與先進核能（高溫堆）和太陽能耦合列為未來的大規(guī)模制氫的發(fā)展方向之一。從長期來說，堿性電解和PEM電解制氫成本將有望降至2.23元/Nm3和1.78元/Nm3，高溫SOEC制氫成本可降至1.58元/Nm3，有望成為市場主流技術之一。此外，SOEC的能量來源可以是核能、各種可再生能源或其他各種高溫熱源?；茉丛谙喈斠欢螘r間內仍然是目前世界能源體系的主體，SOEC技術具有高效靈活的特點，除了與先進核能和可再生能源耦合，也可與目前發(fā)展的化石能源、傳統(tǒng)化工結合，降低碳排放，實現(xiàn)能源的清潔高效利用。
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2022-07-18
氫能觀察張贏332780
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