在電解水制氫領(lǐng)域，目前主流的技術(shù)路線有4種，分別是堿性（ALK）、質(zhì)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(shù)最大的優(yōu)勢(shì)是電耗低，相較堿槽和PEM節(jié)電近30%，適合產(chǎn)生高溫、高壓蒸汽的光熱發(fā)電系統(tǒng)。

技術(shù)原理

SOEC可以可逆地運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)電能和化學(xué)能之間的高效循環(huán)轉(zhuǎn)換，并提供長(zhǎng)期和大容量的儲(chǔ)能。在燃料電池模式操作中，電是通過(guò)氧化燃料產(chǎn)生的。在SOEC模式下，電力產(chǎn)生H2、合成氣等。

正在開(kāi)發(fā)直接生產(chǎn)除綠色 H2以外的特種化學(xué)品和商業(yè)化學(xué)品。例如，可以使用高溫 SOEC 通過(guò)H2O 和 O 2的共電解生產(chǎn)合成氣。然后，合成氣可以通過(guò)隨后的具有不同 H2 : CO 比率的催化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為多種化學(xué)品。SOEC 還能夠?qū)?CO2分解為 CO 和 O2。將空氣和蒸汽送入電解槽的 SOEC 氨生產(chǎn)正在開(kāi)發(fā)中，目前產(chǎn)量非常低。然而，氨可以在 SOFC 模式下用作燃料用于海洋應(yīng)用——這也在開(kāi)發(fā)中。這種操作的多功能性使 SOEC 優(yōu)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(xué)反應(yīng)，SOEC 從根本上說(shuō)是固體氧化物燃料電池 (SOFC) 的反向?qū)?yīng)物。

SOEC H2生產(chǎn)系統(tǒng)的典型流程圖如圖2所示。該系統(tǒng)旨在通過(guò)使用電和水來(lái)生產(chǎn)H2。該系統(tǒng)的主要組件包括串聯(lián)的 SOEC 堆棧和平衡裝置 (BOP)。BOP 包括水泵、熱交換器、蒸汽發(fā)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(yù)熱水被引入蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生蒸汽，然后進(jìn)入電加熱器使蒸汽過(guò)熱。為了最大限度地減少電力需求并提高 SOEC 系統(tǒng)效率，蒸汽在多個(gè)熱交換器中通過(guò)排出的 H2和氧氣流進(jìn)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(jìn)一步優(yōu)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(yīng)）。氧離子從陰極遷移到陽(yáng)極，釋放電子到外電路，通過(guò)析氧反應(yīng)變成氧氣。高溫?zé)峒せ钛趸镫x子遷移并促進(jìn)兩個(gè)電極上的電化學(xué)反應(yīng)，提高了整體效率。

陰極反應(yīng)：在 H2電極-電解質(zhì)界面，蒸汽分解為 H2和氧離子（式 1）：

2 H2O + 4 e –→ 2 H2 + 2 O2– (1)

陽(yáng)極反應(yīng)：氧離子通過(guò)陶瓷電解質(zhì)，在電解質(zhì)-氧電極界面處被吸入，并產(chǎn)生氧氣（方程式 2）：

2 O2– → O 2 + 4 e – (2)

然后氧氣沿著陽(yáng)極流動(dòng)，而 H2與一些蒸汽混合物一起沿著電解質(zhì)另一側(cè)的H2電極流動(dòng)。在電解槽下游，富含 H2的產(chǎn)品流在與入口流進(jìn)行熱交換后被冷卻，然后通過(guò)分離器將 H2從冷凝水流中分離出來(lái)。

SOEC 使用固體離子傳導(dǎo)陶瓷作為電解質(zhì)，能夠在明顯更高的溫度下運(yùn)行。潛在優(yōu)勢(shì)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(chǎn)合成氣 [一氧化碳 (CO)和H2 ] 。

一個(gè)關(guān)鍵的挑戰(zhàn)是由于高工作溫度導(dǎo)致嚴(yán)重的材料降解。目前的研究重點(diǎn)是穩(wěn)定現(xiàn)有的組件材料、開(kāi)發(fā)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(shí)現(xiàn)該技術(shù)的商業(yè)化。

SOEC 的運(yùn)行效率很高，尤其是在使用高溫廢熱的情況下。水的電化學(xué)轉(zhuǎn)化允許以產(chǎn)生 H2的形式儲(chǔ)存熱量和電力。SOECs生產(chǎn)的綠色H2可以進(jìn)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(xué)合成熱集成，從而進(jìn)一步提高效率。熱集成也可以與核反應(yīng)堆、燃煤發(fā)電廠、生物質(zhì)、生活垃圾焚燒爐等能源結(jié)合使用。

國(guó)內(nèi)企業(yè)有哪些？

1、北京質(zhì)子動(dòng)力

北京質(zhì)子動(dòng)力發(fā)電技術(shù)有限公司（簡(jiǎn)稱“質(zhì)子動(dòng)力”）由“國(guó)家特聘”專家、巴黎高等礦院博士陳國(guó)飛，和江蘇省雙創(chuàng)人才、橫濱國(guó)立大學(xué)博士、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)博士生導(dǎo)師王紹榮教授共同領(lǐng)銜創(chuàng)立。質(zhì)子動(dòng)力聚焦高溫電解制氫(SOEC)、固體氧化物燃料電池（SOFC）領(lǐng)域，同時(shí)布局SOEC/SOFC電池片、電堆、系統(tǒng)的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化。

團(tuán)隊(duì)深度掌握了SOFC 20x20cm2單電池片技術(shù)及5kW單電堆技術(shù)、SOEC專用電池片及電堆技術(shù)、SOEC/SOFC可逆電堆技術(shù)。擁有多個(gè)SOFC/SOEC示范系統(tǒng)打造經(jīng)驗(yàn)，與國(guó)家電網(wǎng)、中廣核、中石油、東方電氣、大唐集團(tuán)等多個(gè)央企開(kāi)展了科技項(xiàng)目和示范項(xiàng)目合作。

公司四地布局：北京為總部；青島子公司，承擔(dān)上游SOEC/SOFC電池片及電堆研發(fā)、生產(chǎn)以及能源路由器和制氫電源的研發(fā)生產(chǎn)職能；徐州子公司，承擔(dān)下游SOEC/SOFC大功率系統(tǒng)研發(fā)及生產(chǎn)職能；寧夏子公司承擔(dān)項(xiàng)目示范基地及市場(chǎng)銷售職能。

到2023年年底，質(zhì)子動(dòng)力將有5套SOEC制氫系統(tǒng)示范項(xiàng)目驗(yàn)收、投運(yùn)。產(chǎn)業(yè)化方面，公司已經(jīng)在青島落地了SOEC電池片及單電堆生產(chǎn)線，一期設(shè)計(jì)產(chǎn)能MW級(jí)/年，二期設(shè)計(jì)產(chǎn)能10MW級(jí)/年。

2、國(guó)家電網(wǎng)

高效氫儲(chǔ)能SOEC/SOFC可逆電池堆。氫儲(chǔ)能兼具長(zhǎng)時(shí)、長(zhǎng)周期、大容量、衰減小等諸多優(yōu)勢(shì)，SOEC-SOFC是效率最高的“電氫電”氫儲(chǔ)能技術(shù)路線，發(fā)展可逆運(yùn)行固體氧化物（ReSOC）系統(tǒng)是降低氫儲(chǔ)能系統(tǒng)投資和運(yùn)行成本的重要途徑。質(zhì)子動(dòng)力開(kāi)展可逆運(yùn)行固體氧化物電池堆（ReSOC）研究，研制千瓦級(jí)ReSOC電堆，可實(shí)現(xiàn)1套可逆系統(tǒng)替代原來(lái)1套SOEC+1套SOFC的功能，簡(jiǎn)化系統(tǒng)、降低投資、提高設(shè)備的利用率，降低氫儲(chǔ)能成本。項(xiàng)目成果將投運(yùn)于寧夏電力公司。

3、上海翌晶氫能

4月25日，翌晶氫能研發(fā)的國(guó)內(nèi)首條固體氧化物電解水制氫(SOEC)電堆自動(dòng)化產(chǎn)線正式下線，年產(chǎn)能可達(dá)100兆瓦，可兼容多型號(hào)電堆生產(chǎn)。

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(chǎn)業(yè)基地項(xiàng)目開(kāi)工建設(shè)。其中，該項(xiàng)目總投資9800萬(wàn)元，預(yù)計(jì)2023年10月建成投產(chǎn)，投產(chǎn)后，預(yù)計(jì)年銷售額可達(dá)3500萬(wàn)元。該項(xiàng)目是甘肅省首個(gè)全綠電制氫項(xiàng)目及首條綠電制氫專線。翌晶綠氫裝備制造產(chǎn)業(yè)基地項(xiàng)目規(guī)劃建設(shè)年產(chǎn)500MW電解水制氫裝備制造工廠，預(yù)計(jì)于2024年5月建成投產(chǎn)，總投資約1.05億元。

2023年5月25日，遼寧營(yíng)口市老邊區(qū)政府與翌晶能源在上海嘉定簽署《遼寧營(yíng)口500MW風(fēng)光氫儲(chǔ)一體化示范項(xiàng)目》，擬定風(fēng)電裝機(jī)容量300MW、光伏裝機(jī)容量200MW、電解制氫建設(shè)規(guī)模20000Nm3/h，年產(chǎn)綠氫1萬(wàn)噸，副產(chǎn)高純氧氣8萬(wàn)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(jiǎn)稱“壹石通”）計(jì)劃由全資子公司—安徽壹石通材料科學(xué)研究院有限公司（簡(jiǎn)稱“壹石通研究院”）作為實(shí)施主體，預(yù)計(jì)總投資12.1億元建設(shè)年產(chǎn)1GW固體氧化物能源系統(tǒng)項(xiàng)目。

這個(gè)項(xiàng)目的選址位于合肥高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)，建設(shè)周期為3年。項(xiàng)目建成達(dá)產(chǎn)后，將形成年產(chǎn)1GW固體氧化物能源系統(tǒng)的生產(chǎn)規(guī)模，包含固體氧化物燃料電池（SOFC）和固體氧化物電解池（SOEC）產(chǎn)品。

壹石通方面表示，基于在先進(jìn)無(wú)機(jī)非金屬材料和陶瓷材料領(lǐng)域長(zhǎng)期積累的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，并依托公司科學(xué)家團(tuán)隊(duì)深厚的基礎(chǔ)理論研究成果，目前已掌握固體氧化物電池（SOC）電解質(zhì)、陽(yáng)極粉體、高性能陰極粉體的規(guī)?；偷统杀局苽淠芰?，形成了燃料極活性粉體制備技術(shù)及應(yīng)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(zhì)制備技術(shù)及相關(guān)應(yīng)用、空氣極活性粉體的制備技術(shù)、SOFC平板單電池工程化制備技術(shù)和SOFC平板電池堆高溫氣密封接技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。

5、中廣核集團(tuán)

繼一期2kW SOEC項(xiàng)目驗(yàn)收投運(yùn)后，公司繼續(xù)聯(lián)合中廣核開(kāi)展25kW SOEC科技項(xiàng)目，研發(fā)的SOEC專用電堆單堆功率不低于3.5kW，并開(kāi)展電堆長(zhǎng)時(shí)運(yùn)行性能測(cè)試。另外，質(zhì)子動(dòng)力還針對(duì)25kW SOEC制氫系統(tǒng)研制分布式光伏離網(wǎng)制氫能源路由器，以保證在波動(dòng)性可再生能源供電時(shí)制氫系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

6、中石油

kW級(jí)SOFC熱電聯(lián)供系統(tǒng)。開(kāi)發(fā)了以天然氣為燃料的熱電聯(lián)供系統(tǒng)，在供熱的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了高溫蒸汽和熱水的生產(chǎn)，尾氣二氧化碳的濃度超過(guò)50%，方便后續(xù)碳捕集。項(xiàng)目成果——kW級(jí)SOFC熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)開(kāi)車(chē)成功并穩(wěn)定運(yùn)行超過(guò)1000小時(shí)。系統(tǒng)發(fā)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(jiǎn)稱“思偉特”)是一家專注于固體氧化物電解池(SOEC)制氫系統(tǒng)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化的高新技術(shù)企業(yè)。

公司創(chuàng)始人清華大學(xué)教授胡浩然博士(CEO)，擁有美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)博士學(xué)位，曾在美國(guó)伊頓公司、卡特彼勒公司、底特律柴油機(jī)公司等任首席科學(xué)家和高級(jí)工程經(jīng)理職位，2014-2020年任濰柴動(dòng)力副總裁兼首席技術(shù)官。有超過(guò)15年的固體氧化物燃料電池(SOEC/SOFC)研發(fā)經(jīng)驗(yàn)。

北京思偉特已經(jīng)開(kāi)發(fā)出3kW的SOEC系統(tǒng)，10kW SOEC系統(tǒng)已經(jīng)完成組裝。專利方面，公司在單電池、電堆、系統(tǒng)等層面已獲得6項(xiàng)發(fā)明專利。項(xiàng)目方面，其在北京、張家口、內(nèi)蒙古等城市，已經(jīng)籌備建設(shè)了SOEC制氫及共電解二氧化碳示范應(yīng)用項(xiàng)目。

8、上海氫程科技

上海氫程科技有限公司的技術(shù)來(lái)源為中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所(簡(jiǎn)稱“上海應(yīng)物所”)。自2010年起，中科院上海應(yīng)物所就布局了固體氧化物電解制氫技術(shù)研發(fā)工作，集中力量進(jìn)行高溫制氫關(guān)鍵核心技術(shù)開(kāi)發(fā)。形成了完整的1kW、5kW、20kW和200kW核能高溫電解制氫技術(shù)并具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，成果成功實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)化，成立上海氫程科技有限公司進(jìn)行后續(xù)商業(yè)化發(fā)展。中科院上海應(yīng)物所以其投資平臺(tái)“上海日環(huán)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(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所承擔(dān)研制的200kW級(jí)高溫固體氧化物電解水(SOEC)制氫驗(yàn)證裝置一次開(kāi)車(chē)成功，制氫功率達(dá)到202kW，制氫速率達(dá)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(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所燃料電池研究團(tuán)隊(duì)孵化成立;天使輪融資數(shù)千萬(wàn)元，由上市公司東睦新材料科技有限公司和北京中科創(chuàng)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(shù)SOFC電堆研發(fā)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(yè)、第五批國(guó)家科技型中小企業(yè)。2022年，榮獲第11屆中國(guó)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽優(yōu)秀企業(yè)獎(jiǎng)，獲批高新技術(shù)企業(yè)。

浙江氫邦建成了MW級(jí)電池與電堆制造試驗(yàn)線，成功研發(fā)了5kW級(jí)電解堆，在央企開(kāi)展了若干示范，實(shí)現(xiàn)了出口銷售。正在開(kāi)發(fā)20kW級(jí)SOEC電解水制氫系統(tǒng)。

2023年5月氫邦科技與寧波材料技術(shù)與工程研究所聯(lián)合研制的5kW固體氧化物電池CO?電解合成燃料綜合系統(tǒng)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(guó)船舶集團(tuán)718研究所全資子公司，位于河北邯鄲。主要從事高能化學(xué)、制氫及氫能源的開(kāi)發(fā)利用。

作為國(guó)內(nèi)氫能領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)，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(chē)車(chē)載氫系統(tǒng)、加氫站等產(chǎn)品和服務(wù)體系。公司主要從事 PEM 制氫裝置，制氫設(shè)備是718所支柱產(chǎn)業(yè)之一，現(xiàn)已形成 KZDQ、XCDQ 等八大系列，20 多種規(guī)格、產(chǎn)氣量 0.5Nm?/h～1500Nm?/h 的系列水電解制氫裝置。

2021年，中國(guó)船舶集團(tuán)718研究所牽頭申報(bào)的國(guó)家重點(diǎn)專項(xiàng)項(xiàng)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(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)研究”獲批立項(xiàng)。

11、武漢華科福賽

武漢華科福賽新能源有限責(zé)任公司 (簡(jiǎn)稱“華科福賽”)是一家專業(yè)從事固體氧化物燃料電池SOFC發(fā)電系統(tǒng)、固體氧化物電解池SOEC研發(fā)的高科技企業(yè)。

華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院燃料電池研究中心始建于2004年，經(jīng)過(guò)10余年的發(fā)展，開(kāi)發(fā)了國(guó)內(nèi)第一臺(tái)SOFC獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)。2016年，為加快固體氧化物燃料電池市場(chǎng)化進(jìn)程，華科福賽在武漢成立。

截止2022年5月，公司研發(fā)的15×15c㎡單電池SOEC穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間已超過(guò)1040小時(shí);在800℃工作溫度下，最大電解功率達(dá)到831瓦，最大電解效率高于97%，每立方米產(chǎn)氫電耗在2.86—3.35度之間，穩(wěn)定運(yùn)行電解功率高于600瓦。

公司在四川南充在建設(shè)生產(chǎn)基地，一期投資2.5億元、年產(chǎn)20MW-40MW的SOFC發(fā)電系統(tǒng)，預(yù)計(jì)2024年4月投產(chǎn)。

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(fā)電技術(shù)及固體氧化物電解池(SOEC)制氫技術(shù)的研發(fā)制造為一體的國(guó)家級(jí)高新技術(shù)企業(yè)。

來(lái)源：艾邦氫科技網(wǎng)、氫能匯