氢能全产业链解析之制氢篇:固体氧化物电解(SOEC)

绿氢是通过可再生能源发电,再通过电解水获取氢气。电解水制氢是在直流电的作用下,通过电化学过程将水分子分解为氢气和氧气,分别在阴、阳极析出。而电解水制氢目前主要有三种技术路线,即碱性电解(AWE),质子交换膜(PEM)电解以及固体氧化物电解(SOEC)三种技术路线。

电解水制氢三种技术路线对比

目前,碱性电解水技术已经相当成熟,并已充分产业化,质子交换膜电解水技术也已实现初步的产业化,其面临的主要问题就是成本问题。而固体氧化物电解水技术目前仍处于实验室研发阶段。

下面我们就来看一下固体氧化物电解水的技术原理。

固体氧化物电解池(SOEC)结构示意图

固体氧化物电解池中间是致密的电解质层,两端为多孔电极。电解质隔开氢气和氧气,并传导氧离子或质子。因此需要电解质具有高的离子电导率和可忽略的电子电导,多孔电极有利于气体的扩散和传输。

SOEC电解水基本流程

1.在较高温度下(600-1000℃),在SOEC的两侧电极上施加一定的直流电压;

2.H2O在阴极被分解产生O2-,O2-穿过致密的固体氧化物电解质层到达阳极,在那里失去电子得到纯O2;

3.阴极和阳极的半电池反应为:

阴极:H2O + 2e ----H2+O2-

阳极:O2-----2e +1/2 O2

 

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