SOEC制氢，即固体氧化物电解池制氢，是一种利用电解质固体氧化物膜的离子传导特性，在高温下将水分解成氢气和氧气的过程。其原理主要是基于固体氧化物电解质的离子传导性能，在Anode（阳极）和Cathode（阴极）两个过程中完成电解反应。在Anode过程中，水分子经过热增加活化能，进入固体氧化物电解质膜后，分解成氧离子和质子，氧离子在固体氧化物电解质上向Anode移动，电子被分离并释放到电路中，形成电流；而在Cathode过程中，氧离子在固体氧化物电解质上被电化还原成氧气，同时与质子反应生成氢气。
● 高效性：SOEC制氢在高温下运行，动力学上的优势使其具有高效的电解效率。高的操作温度可以加快电极反应速率，降低阴极和阳极的过电位，有效减少电解过程的能量损失。这使得SOEC系统效率可以达到较高水平，如利用工业生产中高品质的余热，其系统效率（LHV H2 to AC）可达85%。
● 低能耗：由于SOEC在高温下运行，它可以使用廉价的镍电极（Ni-YSZ），这进一步降低了制氢的成本。而且，高的操作温度使得电解过程更为高效，从而减少了电能消耗。美国能源部2021年对SOEC能耗的评估显示，其已验证电能能耗为39kWh/kgH2，这相对于其他制氢技术具有显著优势。
● 可逆性：SOEC具有可逆性，即可逆燃料电池（rSOC）用于可再生能源的存储，形成“电-氢-电”的制氢、储氢和发电的系统。这种可逆性使得SOEC在可再生能源存储和电网调峰方面具有巨大潜力，有助于实现能源的有效利用和平衡。
● 模块化设计：SOEC系统采用模块化设计，使得安装简单且可以根据需求灵活调整产氢规模。这种设计方式不仅提高了系统的可扩展性，也降低了制氢过程的复杂性和成本。
● 原材料成本低：SOEC系统原材料无贵金属，电流密度大，且可批量化生产，这些因素共同决定了SOEC系统拥有巨大的成本下降空间。未来，随着技术的进步和规模化的实现，SOEC制氢的成本有望进一步降低。
据了解，国际市场SOEC已经进入产业化初期阶段，意大利目前已经实现了小型SOEC装置的商业化，美国FuelCell Energ在2016-2020年间负责了一个美国能源部拨款300万美元的SOEC研发项目，德国Sunfire 于2020年10月在荷兰建成了2.4MW SOEC的项目示范，每小时产氢60公斤用于合成燃料的生产，2023年韩国启动了“核电+SOEC”绿氢工厂的建设。
近两年开始，我国SOEC也进入了商业化的示范阶段，尽管SOEC制氢具有许多潜在的优势，但该技术在实际应用中仍面临一些挑战和限制。
首先，技术壁垒是SOEC制氢技术当前面临的主要挑战之一。在高温环境下，电堆性能的衰减会显著加快，这是一个亟待解决的问题。目前，大多数SOEC装置的寿命都未能达到1万小时，这极大地限制了其商业化的进程。尽管高温运行环境为SOEC带来了诸如高效电解等显著优势，但同时也对其使用的材料以及电解系统的结构提出了更为严苛的要求。这意味着，我们需要不断研发新型材料，优化电解系统结构，以确保SOEC装置在高温下能够稳定运行，同时延长其使用寿命。
其次，供应链的不完备也是制约SOEC制氢技术发展的一个重要因素。目前，我国尚未形成完善的SOEC市场化原材料和配件供应体系，大部分企业都需要自主研发，这无疑增加了技术开发和生产的难度。而且，由于各个企业之间的SOEC系统存在差异，如果某一环节的研发未能成功，那么整个项目都可能面临开发失败的风险。这不仅影响了企业的经济效益，也阻碍了SOEC制氢技术的推广和应用。
因此，为了推动SOEC制氢技术的发展，我们需要加大技术研发力度，突破技术壁垒，提高电堆的性能和寿命。同时，还需要加强供应链建设，形成完善的原材料和配件供应体系，降低企业的研发和生产成本。只有这样，我们才能更好地推动SOEC制氢技术的商业化进程，为氢能产业的发展贡献力量。
