在電解水制氫領域，目前主流的技術路線有4種，分別是堿性（ALK）、質子交換膜（PEM）、陰離子交換膜（AEM）和固體氧化物（SOEC）。

其中，SOEC電解水制氫技術最大的優勢是電耗低，相較堿槽和PEM節電近30%，適合產生高溫、高壓蒸汽的光熱發電系統。

技術原理

SOEC可以可逆地運行，實現電能和化學能之間的高效循環轉換，并提供長期和大容量的儲能。在燃料電池模式操作中，電是通過氧化燃料產生的。在SOEC模式下，電力產生H2、合成氣等。

正在開發直接生產除綠色 H2以外的特種化學品和商業化學品。例如，可以使用高溫 SOEC 通過H2O 和 O 2的共電解生產合成氣。然后，合成氣可以通過隨后的具有不同 H2 : CO 比率的催化反應轉化為多種化學品。SOEC 還能夠將 CO2分解為 CO 和 O2。將空氣和蒸汽送入電解槽的 SOEC 氨生產正在開發中，目前產量非常低。然而，氨可以在 SOFC 模式下用作燃料用于海洋應用——這也在開發中。這種操作的多功能性使 SOEC 優于其他電解操作模式。

固體氧化物燃料電池（SOFC）和固體氧化物電解電池（SOEC）的電化學反應，SOEC 從根本上說是固體氧化物燃料電池 (SOFC) 的反向對應物。

SOEC H2生產系統的典型流程圖如圖2所示。該系統旨在通過使用電和水來生產H2。該系統的主要組件包括串聯的 SOEC 堆棧和平衡裝置 (BOP)。BOP 包括水泵、熱交換器、蒸汽發生器等。水在一系列熱交換器中被加熱，以從 SOEC 出口氣流中回收熱量。預熱水被引入蒸汽發生器產生蒸汽，然后進入電加熱器使蒸汽過熱。為了最大限度地減少電力需求并提高 SOEC 系統效率，蒸汽在多個熱交換器中通過排出的 H2和氧氣流進行加熱。在外部蒸汽可用的情況下，圖2中所示的方案可以進一步優化。

SOEC電解水廠典型方案

在電解槽中，蒸汽在 650°C–1,000°C 的溫度下在陰極分解，形成 H2分子和氧離子（水還原反應）。氧離子從陰極遷移到陽極，釋放電子到外電路，通過析氧反應變成氧氣。高溫熱激活氧化物離子遷移并促進兩個電極上的電化學反應，提高了整體效率。

陰極反應：在 H2電極-電解質界面，蒸汽分解為 H2和氧離子（式 1）：

2 H2O + 4 e –→ 2 H2 + 2 O2– (1)

陽極反應：氧離子通過陶瓷電解質，在電解質-氧電極界面處被吸入，并產生氧氣（方程式 2）：

2 O2– → O 2 + 4 e – (2)

然后氧氣沿著陽極流動，而 H2與一些蒸汽混合物一起沿著電解質另一側的H2電極流動。在電解槽下游，富含 H2的產品流在與入口流進行熱交換后被冷卻，然后通過分離器將 H2從冷凝水流中分離出來。

SOEC 使用固體離子傳導陶瓷作為電解質，能夠在明顯更高的溫度下運行。潛在優勢包括電效率高、材料成本低以及可選擇以燃料電池的反向模式或共電解模式將水蒸汽 (H2O) 和 CO2 生產合成氣 [一氧化碳 (CO)和H2 ] 。

一個關鍵的挑戰是由于高工作溫度導致嚴重的材料降解。目前的研究重點是穩定現有的組件材料、開發新材料以及將工作溫度降低至 500°C–700°C（從 650°C–1,000°C），以實現該技術的商業化。

SOEC 的運行效率很高，尤其是在使用高溫廢熱的情況下。水的電化學轉化允許以產生 H2的形式儲存熱量和電力。SOECs生產的綠色H2可以進一步加工成合成天然氣、甲醇、綠色氨等，并與廣泛的放熱化學合成熱集成，從而進一步提高效率。熱集成也可以與核反應堆、燃煤發電廠、生物質、生活垃圾焚燒爐等能源結合使用。

國內企業有哪些？

1、北京質子動力

北京質子動力發電技術有限公司（簡稱“質子動力”）由“國家特聘”專家、巴黎高等礦院博士陳國飛，和江蘇省雙創人才、橫濱國立大學博士、中國礦業大學博士生導師王紹榮教授共同領銜創立。質子動力聚焦高溫電解制氫(SOEC)、固體氧化物燃料電池（SOFC）領域，同時布局SOEC/SOFC電池片、電堆、系統的研發及產業化。

團隊深度掌握了SOFC 20x20cm2單電池片技術及5kW單電堆技術、SOEC專用電池片及電堆技術、SOEC/SOFC可逆電堆技術。擁有多個SOFC/SOEC示范系統打造經驗，與國家電網、中廣核、中石油、東方電氣、大唐集團等多個央企開展了科技項目和示范項目合作。

公司四地布局：北京為總部；青島子公司，承擔上游SOEC/SOFC電池片及電堆研發、生產以及能源路由器和制氫電源的研發生產職能；徐州子公司，承擔下游SOEC/SOFC大功率系統研發及生產職能；寧夏子公司承擔項目示范基地及市場銷售職能。

到2023年年底，質子動力將有5套SOEC制氫系統示范項目驗收、投運。產業化方面，公司已經在青島落地了SOEC電池片及單電堆生產線，一期設計產能MW級/年，二期設計產能10MW級/年。

2、國家電網

高效氫儲能SOEC/SOFC可逆電池堆。氫儲能兼具長時、長周期、大容量、衰減小等諸多優勢，SOEC-SOFC是效率最高的“電氫電”氫儲能技術路線，發展可逆運行固體氧化物（ReSOC）系統是降低氫儲能系統投資和運行成本的重要途徑。質子動力開展可逆運行固體氧化物電池堆（ReSOC）研究，研制千瓦級ReSOC電堆，可實現1套可逆系統替代原來1套SOEC+1套SOFC的功能，簡化系統、降低投資、提高設備的利用率，降低氫儲能成本。項目成果將投運于寧夏電力公司。

3、上海翌晶氫能

4月25日，翌晶氫能研發的國內首條固體氧化物電解水制氫(SOEC)電堆自動化產線正式下線，年產能可達100兆瓦，可兼容多型號電堆生產。

2023年5月12日，武威翌氫紅沙崗可再生能源制氫及35kV綠電專線送變電工程、武威翌晶綠氫裝備制造產業基地項目開工建設。其中，該項目總投資9800萬元，預計2023年10月建成投產，投產后，預計年銷售額可達3500萬元。該項目是甘肅省首個全綠電制氫項目及首條綠電制氫專線。翌晶綠氫裝備制造產業基地項目規劃建設年產500MW電解水制氫裝備制造工廠，預計于2024年5月建成投產，總投資約1.05億元。

2023年5月25日，遼寧營口市老邊區政府與翌晶能源在上海嘉定簽署《遼寧營口500MW風光氫儲一體化示范項目》，擬定風電裝機容量300MW、光伏裝機容量200MW、電解制氫建設規模20000Nm3/h，年產綠氫1萬噸，副產高純氧氣8萬噸。

4、壹石通

9月19日，上市公司壹石通公告，安徽壹石通材料科技股份有限公司（簡稱“壹石通”）計劃由全資子公司—安徽壹石通材料科學研究院有限公司（簡稱“壹石通研究院”）作為實施主體，預計總投資12.1億元建設年產1GW固體氧化物能源系統項目。

這個項目的選址位于合肥高新技術產業開發區，建設周期為3年。項目建成達產后，將形成年產1GW固體氧化物能源系統的生產規模，包含固體氧化物燃料電池（SOFC）和固體氧化物電解池（SOEC）產品。

壹石通方面表示，基于在先進無機非金屬材料和陶瓷材料領域長期積累的技術優勢，并依托公司科學家團隊深厚的基礎理論研究成果，目前已掌握固體氧化物電池（SOC）電解質、陽極粉體、高性能陰極粉體的規?；偷统杀局苽淠芰?，形成了燃料極活性粉體制備技術及應用該粉體制備高性能燃料極催化功能層的方法、高性能電解質制備技術及相關應用、空氣極活性粉體的制備技術、SOFC平板單電池工程化制備技術和SOFC平板電池堆高溫氣密封接技術等關鍵技術。

5、中廣核集團

繼一期2kW SOEC項目驗收投運后，公司繼續聯合中廣核開展25kW SOEC科技項目，研發的SOEC專用電堆單堆功率不低于3.5kW，并開展電堆長時運行性能測試。另外，質子動力還針對25kW SOEC制氫系統研制分布式光伏離網制氫能源路由器，以保證在波動性可再生能源供電時制氫系統的安全性和穩定性。

6、中石油

kW級SOFC熱電聯供系統。開發了以天然氣為燃料的熱電聯供系統，在供熱的同時，實現了高溫蒸汽和熱水的生產，尾氣二氧化碳的濃度超過50%，方便后續碳捕集。項目成果——kW級SOFC熱電聯產系統開車成功并穩定運行超過1000小時。系統發電效率≥40%、高溫蒸汽效率≥25%、熱電綜合效率≥80%。

7、思偉特

北京思偉特新能源科技有限公司(簡稱“思偉特”)是一家專注于固體氧化物電解池(SOEC)制氫系統研發及產業化的高新技術企業。

公司創始人清華大學教授胡浩然博士(CEO)，擁有美國麻省理工學院(MIT)博士學位，曾在美國伊頓公司、卡特彼勒公司、底特律柴油機公司等任首席科學家和高級工程經理職位，2014-2020年任濰柴動力副總裁兼首席技術官。有超過15年的固體氧化物燃料電池(SOEC/SOFC)研發經驗。

北京思偉特已經開發出3kW的SOEC系統，10kW SOEC系統已經完成組裝。專利方面，公司在單電池、電堆、系統等層面已獲得6項發明專利。項目方面，其在北京、張家口、內蒙古等城市，已經籌備建設了SOEC制氫及共電解二氧化碳示范應用項目。

8、上海氫程科技

上海氫程科技有限公司的技術來源為中國科學院上海應用物理研究所(簡稱“上海應物所”)。自2010年起，中科院上海應物所就布局了固體氧化物電解制氫技術研發工作，集中力量進行高溫制氫關鍵核心技術開發。形成了完整的1kW、5kW、20kW和200kW核能高溫電解制氫技術并具有自主知識產權，成果成功實現了轉化，成立上海氫程科技有限公司進行后續商業化發展。中科院上海應物所以其投資平臺“上海日環科技投資有限公司”持有氫程科技約20%的股份。

2023年2月26日，由中國科學院上海應用物理研究所承擔研制的200kW級高溫固體氧化物電解水(SOEC)制氫驗證裝置一次開車成功，制氫功率達到202kW，制氫速率達到64Nm3/h，直流電耗為3.16kWh/Nm3·H2。

9、浙江氫邦科技

浙江氫邦(H2-Bank)科技有限公司，2019年由中國科學院寧波材料技術與工程研究所燃料電池研究團隊孵化成立;天使輪融資數千萬元，由上市公司東睦新材料科技有限公司和北京中科創星硬科技投資有限公司投資。

公司專注于氫能與燃料電池核心技術SOFC電堆研發與工程化制造。2021年，H2-Bank入選第一批寧波市科技型中小企業、第五批國家科技型中小企業。2022年，榮獲第11屆中國創新創業大賽優秀企業獎，獲批高新技術企業。

浙江氫邦建成了MW級電池與電堆制造試驗線，成功研發了5kW級電解堆，在央企開展了若干示范，實現了出口銷售。正在開發20kW級SOEC電解水制氫系統。

2023年5月氫邦科技與寧波材料技術與工程研究所聯合研制的5kW固體氧化物電池CO?電解合成燃料綜合系統成功交付。

10、派瑞氫能

中船(邯鄲)派瑞氫能科技有限公司是中國船舶集團718研究所全資子公司，位于河北邯鄲。主要從事高能化學、制氫及氫能源的開發利用。

作為國內氫能領域的領軍企業，718所(派瑞氫能)擁有完備的電解水制氫、甲醇制氫、富氫尾氣提氫、燃料電池汽車車載氫系統、加氫站等產品和服務體系。公司主要從事 PEM 制氫裝置，制氫設備是718所支柱產業之一，現已形成 KZDQ、XCDQ 等八大系列，20 多種規格、產氣量 0.5Nm?/h～1500Nm?/h 的系列水電解制氫裝置。

2021年，中國船舶集團718研究所牽頭申報的國家重點專項項目“基于高溫電解水制氫聯合生物氣高效制甲烷的大型儲能關鍵技術研究”獲批立項。

11、武漢華科福賽

武漢華科福賽新能源有限責任公司 (簡稱“華科福賽”)是一家專業從事固體氧化物燃料電池SOFC發電系統、固體氧化物電解池SOEC研發的高科技企業。

華中科技大學材料科學與工程學院燃料電池研究中心始建于2004年，經過10余年的發展，開發了國內第一臺SOFC獨立發電系統。2016年，為加快固體氧化物燃料電池市場化進程，華科福賽在武漢成立。

截止2022年5月，公司研發的15×15c㎡單電池SOEC穩定運行時間已超過1040小時;在800℃工作溫度下，最大電解功率達到831瓦，最大電解效率高于97%，每立方米產氫電耗在2.86—3.35度之間，穩定運行電解功率高于600瓦。

公司在四川南充在建設生產基地，一期投資2.5億元、年產20MW-40MW的SOFC發電系統，預計2024年4月投產。

12、上海中弗新能源

中弗新能源科技股份有限公司是集固體氧化物燃料電池(SOFC)發電技術及固體氧化物電解池(SOEC)制氫技術的研發制造為一體的國家級高新技術企業。

來源：艾邦氫科技網、氫能匯