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- 来源: 互联网知识
- 日期: 2025-12-08
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言引：固体氧化物电解（Solid Oxide Electrolysis Cell，简称 SOEC）技术，是一种先进的电解水制氢技术，同时也是固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，简称 SOFC）的逆过程 。在高温环境下，通常是 600℃ - 1000℃，SOEC 利用固体氧化物陶瓷作为电解质，实现电解水制氢，将电能和热能转化为化学能存储在氢气中。
从原理上讲，当电流通过 SOEC 时，在阳极侧，水被分解成氧气和氢离子，氧气排出，氢离子则通过固体氧化物电解质传导到阴极；在阴极，氢离子得到电子，结合生成氢气。整个过程中，固体氧化物陶瓷电解质起到关键作用，它允许氢离子通过，同时隔绝氧气和氢气，确保反应高效、安全地进行 。
相比传统的碱性电解（AEL）和质子交换膜电解（PEM），SOEC 具有独特优势。其高温工作特性使得电解效率更高，能达到 80% 左右，且在高温下，电化学反应的动力学性能更好，反应更容易进行，从而降低了制氢能耗 。同时，SOEC 可以利用工业废热、太阳能、核能等多种热源，实现能源的综合利用，进一步提升能源利用效率，降低制氢成本。此外，SOEC 在材料选择上不依赖贵金属，这不仅降低了成本，还提高了材料的稳定性和使用寿命。
市场现状剖析
（一）规模与增长
随着全球对清洁能源的需求不断攀升以及各国对可持续发展的大力推进，固体氧化物电解（SOEC）技术市场呈现出蓬勃发展的态势。据VMResearch预测，2024 - 2034 年期间，全球 SOEC 技术市场规模将实现显著增长 。2024 年，全球 SOEC 技术市场规模约为 2.0878 亿美元，预计到 2034 年将飙升至 5.7064 亿美元，年复合增长率（CAGR）高达 11.82%。这一增长速度不仅反映了市场对 SOEC 技术的强烈需求，也彰显了该技术在能源领域的巨大潜力。
中国作为全球能源消费和生产的重要力量，在 SOEC 技术市场同样展现出强劲的发展势头。2024 年，中国 SOEC 技术市场规模达到一定规模，且预计在未来十年内将保持较高的增长速率。尽管目前中国市场在全球 SOEC 技术市场中所占份额相对较小，但随着国内政策的大力支持、技术研发的不断突破以及市场需求的逐步释放，中国市场规模有望快速扩大，在全球市场中的地位也将日益重要。
（二）市场细分
1. 类型细分：SOEC 技术根据结构设计的不同，主要可分为管状和平面等类型，每种类型都有其独特的特点、优缺点及适用场景。
管状 SOEC：呈圆柱形结构，这种设计赋予了它出色的坚固性和稳定性，能够在高温、高压等恶劣的工业环境中长期稳定运行，使用寿命长。在高温工况下，管状 SOEC 能够高效地进行电解反应，生产氢气的效率较高，且磨损较小。然而，其制造成本相对较高，复杂的制造工艺和特殊的材料需求增加了生产成本，这在一定程度上限制了其大规模应用。因此，管状 SOEC 更适合对设备稳定性和耐久性要求极高的大型工业作业，如大规模的化工生产、钢铁冶炼等领域。
平面 SOEC：具有功率密度高的显著优势，能够在单位面积上提供更多的功率输出，并且易于进行模块化扩展，可根据实际需求灵活组合，适用于不同规模的应用场景。其制造工艺相对简单，成本相对较低，这使得它在商业应用领域具有较大的竞争力，如分布式能源系统、小型制氢站等场景中得到广泛应用。不过，平面 SOEC 在密封方面存在一定挑战，高温下的密封难度较大，若密封失效可能导致气体泄漏，影响设备性能和运行安全 。
2. 应用细分：SOEC 技术凭借其高效、环保等特性，在多个领域得到了广泛应用，并且在各领域中都发挥着不可或缺的重要作用。
工业流程：在钢铁生产中，传统工艺依赖煤炭等化石能源，会产生大量的二氧化碳排放。而采用 SOEC 技术制取氢气，可用于氢气直接还原铁（DRI）工艺，替代传统的碳还原剂，实现钢铁生产的深度脱碳，大幅降低碳排放。在制氨工业中，氢气是重要的原料，SOEC 技术生产的绿氢用于合成氨，不仅能减少传统制氢过程中的碳排放，还能提高氨的生产效率和质量。同时，SOEC 可以利用工业废热作为热源，实现能源的梯级利用，进一步提高能源利用效率，降低生产成本 。
氢气生产：SOEC 技术是高效制取绿氢的重要手段之一。通过高温电解水，SOEC 能够将可再生能源（如太阳能、风能、水能等）产生的电能和热能转化为化学能储存在氢气中，生产出高纯度的绿色氢气 。与传统电解水制氢技术相比，SOEC 具有更高的能源转化效率，可有效降低制氢成本。随着全球对清洁能源的需求不断增长，绿氢作为一种零碳能源载体，在交通运输、储能等领域的应用前景广阔，这也为 SOEC 技术在氢气生产领域的发展提供了强大的市场驱动力。
燃料生产：在当前全球交通运输和工业领域对清洁燃料需求日益增长的背景下，SOEC 技术的作用愈发凸显。通过将二氧化碳和水转化为碳中性燃料，如合成甲烷、甲醇等，SOEC 为解决传统化石燃料带来的环境问题提供了可行方案。这些合成燃料不仅可以直接应用于现有的发动机和工业燃烧设备，无需大规模改造基础设施，还能实现碳循环利用，减少碳排放。对于飞机和重型卡车等难以实现电气化的交通领域，合成燃料是实现低碳甚至零碳排放的重要途径，因此 SOEC 在燃料生产领域具有巨大的发展潜力。
驱动因素分析
（一）环保需求
在全球气候变化的大背景下，减少碳排放已成为国际社会的共识。根据国际能源署（IEA）的数据，工业和能源领域的碳排放占据全球碳排放总量的大部分，传统化石能源的使用对环境造成了巨大压力。绿色氢能作为一种零碳能源，在燃烧过程中只产生水，不产生二氧化碳等温室气体，被视为未来能源体系的重要组成部分。
固体氧化物电解（SOEC）技术在绿色制氢中发挥着关键作用。通过利用可再生能源（如太阳能、风能、水能等）产生的电能和热能，SOEC 能够高效地将水分解为氢气和氧气，生产出高纯度的绿氢。与传统化石能源制氢相比，SOEC 制氢过程不产生碳排放，有助于推动能源结构的清洁化转型，实现碳中和目标 。在钢铁行业，采用 SOEC 制氢替代传统的煤炭制氢用于直接还原铁工艺，可大幅减少二氧化碳排放，为钢铁行业的绿色发展提供了可行路径 。
（二）政策支持
为了推动清洁能源的发展，世界各国纷纷出台了一系列支持固体氧化物电解（SOEC）技术的政策。
美国：美国能源部（DOE）发布《氢计划：水电解技术评估》报告，详细阐述通过电解技术降低清洁氢生产成本的途径，提出电解技术有潜力实现 DOE 氢计划（Hydrogen Shot™）的目标，即将清洁氢的生产成本降低至每公斤 1 美元 。此外，美国还通过税收抵免、研发资助等政策，鼓励企业和科研机构开展 SOEC 技术的研发和应用。
欧洲：欧盟在《欧洲绿色协议》中首次提出推动可再生能源与氢能的协同发展，加大对 SOEC 技术研发的资金投入，支持相关示范项目的建设。丹麦托普索公司在政府的支持下，投资 2.69 亿欧元在丹麦赫宁建设大型 SOEC 设备制造工厂，并与 First Ammonia 公司签署了 5GW 的 SOEC 电解制氢项目用于生产绿氨 。
中国：近年来，中国通过出台《“十四五” 国家科技创新规划》《氢能产业标准体系建设指南（2023 版）》《氢能产业发展中长期规划（2021 - 2035 年）》等政策及法规文件，明确氢能领域的发展目标、重点任务与保障措施，积极推进氢能行业的标准化和规范化 。在这些政策的推动下，国内企业加快了 SOEC 技术的研发和产业化进程，如上海翌晶能源技术有限公司成功完成数千万元天使轮融资，用于新建 SOEC 设备生产基地和技术研发 。
这些政策的出台，为 SOEC 技术市场的发展提供了有力的政策支持和保障，激发了企业和科研机构的创新活力，促进了 SOEC 技术的推广应用 。
（三）技术优势
固体氧化物电解（SOEC）技术在能源效率、废热利用等方面具有显著优势，为降低制氢成本提供了潜力。
能源效率高：SOEC 在高温下工作，其电解效率可达到 80% 左右，相比传统的碱性电解（AEL）和质子交换膜电解（PEM），具有更高的能源转化效率 。高温环境使得电化学反应的动力学性能更好，反应更容易进行，从而降低了制氢能耗 。
废热利用：SOEC 可以利用工业废热、太阳能、核能等多种热源，实现能源的综合利用。在一些工业场景中，SOEC 可以将工业生产过程中产生的废热转化为有用的能源，用于电解水制氢，进一步提升能源利用效率，降低制氢成本 。
成本潜力：SOEC 在材料选择上不依赖贵金属，这不仅降低了成本，还提高了材料的稳定性和使用寿命。随着技术的不断进步和规模化生产的推进，SOEC 的成本有望进一步降低，使其在市场竞争中更具优势 。预计到 2028 年，SOEC 技术有望率先实现低于煤制氢 10 元 /kg 以下的单位制氢成本目标 。
这些技术优势使得 SOEC 技术在能源领域具有广阔的应用前景，吸引了众多企业和科研机构的关注和投入 。
挑战与问题探讨
（一）成本难题
尽管固体氧化物电解（SOEC）技术前景广阔，但目前较高的制造成本严重制约了其市场推广和应用。制造 SOEC 需要使用陶瓷和催化剂等特殊材料，这些材料不仅价格昂贵，而且制备工艺复杂，进一步增加了生产成本 。以氧化钇稳定氧化锆（YSZ）电解质为例，虽然其在高温下具有良好的氧离子导电性，但由于制造工艺复杂，导致 SOEC 电解槽的成本高于碱性电解槽 。此外，目前 SOEC 技术尚未实现大规模工业化生产，规模效应难以体现，使得单位产品的生产成本居高不下。高昂的成本使得 SOEC 技术在与传统制氢技术的竞争中处于劣势，许多企业在选择制氢技术时，往往会因成本因素而对 SOEC 技术望而却步，这极大地限制了 SOEC 技术的市场推广和应用范围 。
（二）耐久性困境
长期在高温下使用是 SOEC 技术面临的另一大挑战。高温环境会对材料造成严重的磨损，导致系统使用寿命缩短 。在高温高压水蒸气环境下，Ni - YSZ（镍 - 钇稳定氧化锆）金属陶瓷材料作为常用的阴极材料，其中的 Ni 颗粒易发生团聚和迁移，导致电极性能衰减 。高温还可能引发电极材料与电解质之间的界面反应，导致界面电阻增大，影响电池性能 。这些问题不仅缩短了 SOEC 系统的使用寿命，还增加了维修成本和运行风险。为了保证 SOEC 系统的正常运行，需要定期对设备进行维护和更换部件，这无疑增加了使用成本和管理难度 。在大规模商业化应用中，耐久性问题如果得不到有效解决，将严重影响 SOEC 技术的经济效益和市场竞争力 。
（三）技术瓶颈
当前 SOEC 技术在稳定性、放大特性等方面仍存在一些问题，需要进一步的研究和突破 。在稳定性方面，SOEC 系统在长期运行过程中，可能会受到温度波动、气体杂质、电极材料老化等因素的影响，导致性能逐渐下降 。当燃料中含有硫、磷等杂质时，会在电池内部发生化学反应，导致电极中毒，降低电池的催化活性 。在放大特性方面，虽然实验室研究取得了一定成果，但将 SOEC 技术从实验室规模扩大到工业规模时，仍面临诸多挑战，如电堆结构设计、气体分配与流场优化、系统集成与控制等问题 。传统的管式和平板式电堆结构在放大过程中暴露出各自的局限性，管式电堆功率密度低，平板式电堆密封难度大 。因此，开发新型的电堆结构，综合两者优势，优化气体分配和流场设计，确保反应气体在电极表面均匀分布，减少浓差极化，提高电堆的整体性能，是当前的研究重点之一 。
企业竞争格局
（一）国际巨头
在全球固体氧化物电解（SOEC）技术市场中，众多国际企业凭借其先进的技术和丰富的经验占据着重要地位。
Haldor Topsoe：作为丹麦的知名企业，Haldor Topsoe 在 SOEC 技术领域成果斐然。它拥有自主研发的先进 SOEC 技术，在材料科学和电解槽设计方面取得了重大突破，能够生产出高效、稳定的 SOEC 设备 。2023 年，Haldor Topsoe 投资 2.69 亿欧元在丹麦赫宁建设大型 SOEC 设备制造工厂，该工厂预计于 2025 年投产，届时将具备每年 1GW 的产能 。此外，Haldor Topsoe 与 First Ammonia 公司签署了 5GW 的 SOEC 电解制氢项目用于生产绿氨，展示了其在 SOEC 技术商业化应用方面的强大实力 。其市场份额在全球 SOEC 技术市场中名列前茅，产品广泛应用于工业制氢、合成燃料生产等领域 。
Bosch：德国工业巨头 Bosch 也在积极布局 SOEC 技术领域。凭借其在材料研发、工程制造和系统集成方面的深厚技术积累，Bosch 开发出了高性能的 SOEC 技术 。通过不断优化材料性能和电解槽结构，Bosch 的 SOEC 产品在能源效率和耐久性方面表现出色，能够满足不同客户的需求 。在市场应用方面，Bosch 的 SOEC 技术广泛应用于分布式能源系统、工业废热回收等领域，与众多企业建立了合作关系，在全球 SOEC 技术市场中占据一定的市场份额 。
（二）国内企业
近年来，中国的固体氧化物电解（SOEC）技术企业发展迅速，在技术创新和市场拓展方面取得了显著进展。
中弗新能源：中弗新能源在 SOEC 技术研发和产业化方面成果显著。公司取得了多项专利技术，如 “一种加氢站 SOEC 制氢加氢系统及方法” 专利，授权公告号 CN 111043520 B，申请日期为 2019 年 11 月 。这些专利技术为公司的产品提供了技术保障，使其在市场竞争中具有一定的优势 。中弗新能源的产品涵盖了多种类型的 SOEC 电解槽和制氢系统，能够满足不同客户的需求 。在市场拓展方面，公司积极与国内外企业合作，产品应用于多个领域，市场份额逐渐扩大 。
北京思伟特：北京思伟特专注于 SOEC 技术的研发和应用，在技术创新方面表现突出。公司组建了专业的研发团队，不断投入研发资源，致力于提高 SOEC 技术的性能和稳定性 。通过自主研发，北京思伟特掌握了一系列核心技术，在电极材料、电解质制备等方面取得了重要突破 。在市场方面，北京思伟特积极开拓国内外市场，与多家企业建立了合作关系，产品应用于工业制氢、可再生能源发电等领域 。然而，与国际巨头相比，国内企业在技术成熟度、市场份额和品牌影响力等方面仍存在一定差距 。在技术成熟度方面，国际企业经过多年的研发和实践，技术更加成熟，而国内企业在一些关键技术上仍需要进一步突破 。在市场份额方面，国际企业凭借其品牌优势和市场渠道，占据了较大的市场份额，国内企业需要进一步加强市场拓展和品牌建设 。在品牌影响力方面，国际企业在全球范围内享有较高的知名度和美誉度，国内企业需要通过提升产品质量和服务水平，逐步提高品牌影响力 。
未来发展趋势
（一）技术突破方向
在固体氧化物电解（SOEC）技术的发展进程中，提升效率、降低成本、延长寿命是关键的技术突破方向，目前在这些方面已经取得了一系列研究进展。
在提高效率上，科研人员致力于开发新型电极材料和优化电解质性能。通过元素掺杂或复合其他高电导率材料，优化现有钙钛矿型氧化物阳极材料的电子结构，能够提高其氧离子传导能力和催化活性，降低极化电阻 。在阴极材料研究中，引入稳定的纳米氧化物形成复合结构，抑制 Ni 颗粒的团聚和迁移，提高阴极在高压制氢条件下的长期稳定性，从而提升整体电解效率。
在成本降低方面，一方面通过开发新型材料和简化制备工艺来实现。探索使用廉价原料替代昂贵的陶瓷和催化剂等特殊材料，降低材料成本 。采用先进的薄膜制备技术，如化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）、溶胶 - 凝胶法等制备超薄电解质薄膜，在保证性能的前提下降低材料用量，进而降低成本 。另一方面，通过规模化生产，充分发挥规模效应，降低单位产品的生产成本 。
为了延长 SOEC 的使用寿命，科研人员从材料稳定性和结构设计两方面入手。开发新型耐久材料，提高材料在高温、高压、高湿等恶劣环境下的稳定性 。优化电堆结构设计，减少部件间的应力集中和热膨胀差异，降低部件损坏的风险 。在电堆内部，优化气体分配和流场设计，确保反应气体在电极表面均匀分布，减少浓差极化，提高电堆的整体性能，从而延长设备的使用寿命 。
（二）市场拓展趋势
固体氧化物电解（SOEC）技术在不同应用领域展现出巨大的市场拓展潜力，国际市场的竞争态势也在不断变化。
在工业领域，随着全球对低碳钢铁和绿色氨的需求不断增长，SOEC 技术在钢铁和制氨行业的应用前景广阔。在钢铁生产中，采用 SOEC 制氢用于氢气直接还原铁工艺，能够实现深度脱碳，符合钢铁行业绿色发展的趋势 。在制氨工业，SOEC 生产的绿氢用于合成氨，既能减少碳排放，又能提高氨的生产效率和质量，有望逐步替代传统的制氢工艺 。
在能源存储和分布式能源领域，SOEC 技术也具有重要的应用价值。随着可再生能源的大规模发展，能源存储问题日益突出，SOEC 可以将多余的电能转化为化学能存储在氢气中，实现能源的灵活存储和利用 。在分布式能源系统中，SOEC 能够与太阳能、风能等可再生能源发电设备相结合，为用户提供稳定的电力和氢气供应，满足分布式能源发展的需求 。
在国际市场上，欧美等发达国家凭借其先进的技术和成熟的产业链，在 SOEC 技术市场占据领先地位。Haldor Topsoe、Bosch 等国际企业通过不断研发创新和市场拓展，产品和技术广泛应用于全球多个国家和地区 。然而，随着中国、日本、韩国等亚洲国家在 SOEC 技术领域的投入不断增加，技术水平逐步提高，国际市场竞争格局正在发生变化 。中国企业在政策支持和市场需求的推动下，积极开展技术研发和产业化应用，不断提升产品性能和市场竞争力，在国际市场上的份额有望逐步扩大 。同时，各国企业在技术研发、市场拓展和项目合作等方面的竞争与合作也将更加频繁，推动 SOEC 技术在全球范围内的推广应用 。
从原理上讲，当电流通过 SOEC 时，在阳极侧，水被分解成氧气和氢离子，氧气排出，氢离子则通过固体氧化物电解质传导到阴极；在阴极，氢离子得到电子，结合生成氢气。整个过程中，固体氧化物陶瓷电解质起到关键作用，它允许氢离子通过，同时隔绝氧气和氢气，确保反应高效、安全地进行 。
相比传统的碱性电解（AEL）和质子交换膜电解（PEM），SOEC 具有独特优势。其高温工作特性使得电解效率更高，能达到 80% 左右，且在高温下，电化学反应的动力学性能更好，反应更容易进行，从而降低了制氢能耗 。同时，SOEC 可以利用工业废热、太阳能、核能等多种热源，实现能源的综合利用，进一步提升能源利用效率，降低制氢成本。此外，SOEC 在材料选择上不依赖贵金属，这不仅降低了成本，还提高了材料的稳定性和使用寿命。
市场现状剖析
（一）规模与增长
随着全球对清洁能源的需求不断攀升以及各国对可持续发展的大力推进，固体氧化物电解（SOEC）技术市场呈现出蓬勃发展的态势。据VMResearch预测，2024 - 2034 年期间，全球 SOEC 技术市场规模将实现显著增长 。2024 年，全球 SOEC 技术市场规模约为 2.0878 亿美元，预计到 2034 年将飙升至 5.7064 亿美元，年复合增长率（CAGR）高达 11.82%。这一增长速度不仅反映了市场对 SOEC 技术的强烈需求，也彰显了该技术在能源领域的巨大潜力。
中国作为全球能源消费和生产的重要力量，在 SOEC 技术市场同样展现出强劲的发展势头。2024 年，中国 SOEC 技术市场规模达到一定规模，且预计在未来十年内将保持较高的增长速率。尽管目前中国市场在全球 SOEC 技术市场中所占份额相对较小，但随着国内政策的大力支持、技术研发的不断突破以及市场需求的逐步释放，中国市场规模有望快速扩大，在全球市场中的地位也将日益重要。
（二）市场细分
1. 类型细分：SOEC 技术根据结构设计的不同，主要可分为管状和平面等类型，每种类型都有其独特的特点、优缺点及适用场景。
管状 SOEC：呈圆柱形结构，这种设计赋予了它出色的坚固性和稳定性，能够在高温、高压等恶劣的工业环境中长期稳定运行，使用寿命长。在高温工况下，管状 SOEC 能够高效地进行电解反应，生产氢气的效率较高，且磨损较小。然而，其制造成本相对较高，复杂的制造工艺和特殊的材料需求增加了生产成本，这在一定程度上限制了其大规模应用。因此，管状 SOEC 更适合对设备稳定性和耐久性要求极高的大型工业作业，如大规模的化工生产、钢铁冶炼等领域。
平面 SOEC：具有功率密度高的显著优势，能够在单位面积上提供更多的功率输出，并且易于进行模块化扩展，可根据实际需求灵活组合，适用于不同规模的应用场景。其制造工艺相对简单，成本相对较低，这使得它在商业应用领域具有较大的竞争力，如分布式能源系统、小型制氢站等场景中得到广泛应用。不过，平面 SOEC 在密封方面存在一定挑战，高温下的密封难度较大，若密封失效可能导致气体泄漏，影响设备性能和运行安全 。
2. 应用细分：SOEC 技术凭借其高效、环保等特性，在多个领域得到了广泛应用，并且在各领域中都发挥着不可或缺的重要作用。
工业流程：在钢铁生产中，传统工艺依赖煤炭等化石能源，会产生大量的二氧化碳排放。而采用 SOEC 技术制取氢气，可用于氢气直接还原铁（DRI）工艺，替代传统的碳还原剂，实现钢铁生产的深度脱碳，大幅降低碳排放。在制氨工业中，氢气是重要的原料，SOEC 技术生产的绿氢用于合成氨，不仅能减少传统制氢过程中的碳排放，还能提高氨的生产效率和质量。同时，SOEC 可以利用工业废热作为热源，实现能源的梯级利用，进一步提高能源利用效率，降低生产成本 。
氢气生产：SOEC 技术是高效制取绿氢的重要手段之一。通过高温电解水，SOEC 能够将可再生能源（如太阳能、风能、水能等）产生的电能和热能转化为化学能储存在氢气中，生产出高纯度的绿色氢气 。与传统电解水制氢技术相比，SOEC 具有更高的能源转化效率，可有效降低制氢成本。随着全球对清洁能源的需求不断增长，绿氢作为一种零碳能源载体，在交通运输、储能等领域的应用前景广阔，这也为 SOEC 技术在氢气生产领域的发展提供了强大的市场驱动力。
燃料生产：在当前全球交通运输和工业领域对清洁燃料需求日益增长的背景下，SOEC 技术的作用愈发凸显。通过将二氧化碳和水转化为碳中性燃料，如合成甲烷、甲醇等，SOEC 为解决传统化石燃料带来的环境问题提供了可行方案。这些合成燃料不仅可以直接应用于现有的发动机和工业燃烧设备，无需大规模改造基础设施，还能实现碳循环利用，减少碳排放。对于飞机和重型卡车等难以实现电气化的交通领域，合成燃料是实现低碳甚至零碳排放的重要途径，因此 SOEC 在燃料生产领域具有巨大的发展潜力。
驱动因素分析
（一）环保需求
在全球气候变化的大背景下，减少碳排放已成为国际社会的共识。根据国际能源署（IEA）的数据，工业和能源领域的碳排放占据全球碳排放总量的大部分，传统化石能源的使用对环境造成了巨大压力。绿色氢能作为一种零碳能源，在燃烧过程中只产生水，不产生二氧化碳等温室气体，被视为未来能源体系的重要组成部分。
固体氧化物电解（SOEC）技术在绿色制氢中发挥着关键作用。通过利用可再生能源（如太阳能、风能、水能等）产生的电能和热能，SOEC 能够高效地将水分解为氢气和氧气，生产出高纯度的绿氢。与传统化石能源制氢相比，SOEC 制氢过程不产生碳排放，有助于推动能源结构的清洁化转型，实现碳中和目标 。在钢铁行业，采用 SOEC 制氢替代传统的煤炭制氢用于直接还原铁工艺，可大幅减少二氧化碳排放，为钢铁行业的绿色发展提供了可行路径 。
（二）政策支持
为了推动清洁能源的发展，世界各国纷纷出台了一系列支持固体氧化物电解（SOEC）技术的政策。
美国：美国能源部（DOE）发布《氢计划：水电解技术评估》报告，详细阐述通过电解技术降低清洁氢生产成本的途径，提出电解技术有潜力实现 DOE 氢计划（Hydrogen Shot™）的目标，即将清洁氢的生产成本降低至每公斤 1 美元 。此外，美国还通过税收抵免、研发资助等政策，鼓励企业和科研机构开展 SOEC 技术的研发和应用。
欧洲：欧盟在《欧洲绿色协议》中首次提出推动可再生能源与氢能的协同发展，加大对 SOEC 技术研发的资金投入，支持相关示范项目的建设。丹麦托普索公司在政府的支持下，投资 2.69 亿欧元在丹麦赫宁建设大型 SOEC 设备制造工厂，并与 First Ammonia 公司签署了 5GW 的 SOEC 电解制氢项目用于生产绿氨 。
中国：近年来，中国通过出台《“十四五” 国家科技创新规划》《氢能产业标准体系建设指南（2023 版）》《氢能产业发展中长期规划（2021 - 2035 年）》等政策及法规文件，明确氢能领域的发展目标、重点任务与保障措施，积极推进氢能行业的标准化和规范化 。在这些政策的推动下，国内企业加快了 SOEC 技术的研发和产业化进程，如上海翌晶能源技术有限公司成功完成数千万元天使轮融资，用于新建 SOEC 设备生产基地和技术研发 。
这些政策的出台，为 SOEC 技术市场的发展提供了有力的政策支持和保障，激发了企业和科研机构的创新活力，促进了 SOEC 技术的推广应用 。
（三）技术优势
固体氧化物电解（SOEC）技术在能源效率、废热利用等方面具有显著优势，为降低制氢成本提供了潜力。
能源效率高：SOEC 在高温下工作，其电解效率可达到 80% 左右，相比传统的碱性电解（AEL）和质子交换膜电解（PEM），具有更高的能源转化效率 。高温环境使得电化学反应的动力学性能更好，反应更容易进行，从而降低了制氢能耗 。
废热利用：SOEC 可以利用工业废热、太阳能、核能等多种热源，实现能源的综合利用。在一些工业场景中，SOEC 可以将工业生产过程中产生的废热转化为有用的能源，用于电解水制氢，进一步提升能源利用效率，降低制氢成本 。
成本潜力：SOEC 在材料选择上不依赖贵金属，这不仅降低了成本，还提高了材料的稳定性和使用寿命。随着技术的不断进步和规模化生产的推进，SOEC 的成本有望进一步降低，使其在市场竞争中更具优势 。预计到 2028 年，SOEC 技术有望率先实现低于煤制氢 10 元 /kg 以下的单位制氢成本目标 。
这些技术优势使得 SOEC 技术在能源领域具有广阔的应用前景，吸引了众多企业和科研机构的关注和投入 。
挑战与问题探讨
（一）成本难题
尽管固体氧化物电解（SOEC）技术前景广阔，但目前较高的制造成本严重制约了其市场推广和应用。制造 SOEC 需要使用陶瓷和催化剂等特殊材料，这些材料不仅价格昂贵，而且制备工艺复杂，进一步增加了生产成本 。以氧化钇稳定氧化锆（YSZ）电解质为例，虽然其在高温下具有良好的氧离子导电性，但由于制造工艺复杂，导致 SOEC 电解槽的成本高于碱性电解槽 。此外，目前 SOEC 技术尚未实现大规模工业化生产，规模效应难以体现，使得单位产品的生产成本居高不下。高昂的成本使得 SOEC 技术在与传统制氢技术的竞争中处于劣势，许多企业在选择制氢技术时，往往会因成本因素而对 SOEC 技术望而却步，这极大地限制了 SOEC 技术的市场推广和应用范围 。
（二）耐久性困境
长期在高温下使用是 SOEC 技术面临的另一大挑战。高温环境会对材料造成严重的磨损，导致系统使用寿命缩短 。在高温高压水蒸气环境下，Ni - YSZ（镍 - 钇稳定氧化锆）金属陶瓷材料作为常用的阴极材料，其中的 Ni 颗粒易发生团聚和迁移，导致电极性能衰减 。高温还可能引发电极材料与电解质之间的界面反应，导致界面电阻增大，影响电池性能 。这些问题不仅缩短了 SOEC 系统的使用寿命，还增加了维修成本和运行风险。为了保证 SOEC 系统的正常运行，需要定期对设备进行维护和更换部件，这无疑增加了使用成本和管理难度 。在大规模商业化应用中，耐久性问题如果得不到有效解决，将严重影响 SOEC 技术的经济效益和市场竞争力 。
（三）技术瓶颈
当前 SOEC 技术在稳定性、放大特性等方面仍存在一些问题，需要进一步的研究和突破 。在稳定性方面，SOEC 系统在长期运行过程中，可能会受到温度波动、气体杂质、电极材料老化等因素的影响，导致性能逐渐下降 。当燃料中含有硫、磷等杂质时，会在电池内部发生化学反应，导致电极中毒，降低电池的催化活性 。在放大特性方面，虽然实验室研究取得了一定成果，但将 SOEC 技术从实验室规模扩大到工业规模时，仍面临诸多挑战，如电堆结构设计、气体分配与流场优化、系统集成与控制等问题 。传统的管式和平板式电堆结构在放大过程中暴露出各自的局限性，管式电堆功率密度低，平板式电堆密封难度大 。因此，开发新型的电堆结构，综合两者优势，优化气体分配和流场设计，确保反应气体在电极表面均匀分布，减少浓差极化，提高电堆的整体性能，是当前的研究重点之一 。
企业竞争格局
（一）国际巨头
在全球固体氧化物电解（SOEC）技术市场中，众多国际企业凭借其先进的技术和丰富的经验占据着重要地位。
Haldor Topsoe：作为丹麦的知名企业，Haldor Topsoe 在 SOEC 技术领域成果斐然。它拥有自主研发的先进 SOEC 技术，在材料科学和电解槽设计方面取得了重大突破，能够生产出高效、稳定的 SOEC 设备 。2023 年，Haldor Topsoe 投资 2.69 亿欧元在丹麦赫宁建设大型 SOEC 设备制造工厂，该工厂预计于 2025 年投产，届时将具备每年 1GW 的产能 。此外，Haldor Topsoe 与 First Ammonia 公司签署了 5GW 的 SOEC 电解制氢项目用于生产绿氨，展示了其在 SOEC 技术商业化应用方面的强大实力 。其市场份额在全球 SOEC 技术市场中名列前茅，产品广泛应用于工业制氢、合成燃料生产等领域 。
Bosch：德国工业巨头 Bosch 也在积极布局 SOEC 技术领域。凭借其在材料研发、工程制造和系统集成方面的深厚技术积累，Bosch 开发出了高性能的 SOEC 技术 。通过不断优化材料性能和电解槽结构，Bosch 的 SOEC 产品在能源效率和耐久性方面表现出色，能够满足不同客户的需求 。在市场应用方面，Bosch 的 SOEC 技术广泛应用于分布式能源系统、工业废热回收等领域，与众多企业建立了合作关系，在全球 SOEC 技术市场中占据一定的市场份额 。
（二）国内企业
近年来，中国的固体氧化物电解（SOEC）技术企业发展迅速，在技术创新和市场拓展方面取得了显著进展。
中弗新能源：中弗新能源在 SOEC 技术研发和产业化方面成果显著。公司取得了多项专利技术，如 “一种加氢站 SOEC 制氢加氢系统及方法” 专利，授权公告号 CN 111043520 B，申请日期为 2019 年 11 月 。这些专利技术为公司的产品提供了技术保障，使其在市场竞争中具有一定的优势 。中弗新能源的产品涵盖了多种类型的 SOEC 电解槽和制氢系统，能够满足不同客户的需求 。在市场拓展方面，公司积极与国内外企业合作，产品应用于多个领域，市场份额逐渐扩大 。
北京思伟特：北京思伟特专注于 SOEC 技术的研发和应用，在技术创新方面表现突出。公司组建了专业的研发团队，不断投入研发资源，致力于提高 SOEC 技术的性能和稳定性 。通过自主研发，北京思伟特掌握了一系列核心技术，在电极材料、电解质制备等方面取得了重要突破 。在市场方面，北京思伟特积极开拓国内外市场，与多家企业建立了合作关系，产品应用于工业制氢、可再生能源发电等领域 。然而，与国际巨头相比，国内企业在技术成熟度、市场份额和品牌影响力等方面仍存在一定差距 。在技术成熟度方面，国际企业经过多年的研发和实践，技术更加成熟，而国内企业在一些关键技术上仍需要进一步突破 。在市场份额方面，国际企业凭借其品牌优势和市场渠道，占据了较大的市场份额，国内企业需要进一步加强市场拓展和品牌建设 。在品牌影响力方面，国际企业在全球范围内享有较高的知名度和美誉度，国内企业需要通过提升产品质量和服务水平，逐步提高品牌影响力 。
未来发展趋势
（一）技术突破方向
在固体氧化物电解（SOEC）技术的发展进程中，提升效率、降低成本、延长寿命是关键的技术突破方向，目前在这些方面已经取得了一系列研究进展。
在提高效率上，科研人员致力于开发新型电极材料和优化电解质性能。通过元素掺杂或复合其他高电导率材料，优化现有钙钛矿型氧化物阳极材料的电子结构，能够提高其氧离子传导能力和催化活性，降低极化电阻 。在阴极材料研究中，引入稳定的纳米氧化物形成复合结构，抑制 Ni 颗粒的团聚和迁移，提高阴极在高压制氢条件下的长期稳定性，从而提升整体电解效率。
在成本降低方面，一方面通过开发新型材料和简化制备工艺来实现。探索使用廉价原料替代昂贵的陶瓷和催化剂等特殊材料，降低材料成本 。采用先进的薄膜制备技术，如化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）、溶胶 - 凝胶法等制备超薄电解质薄膜，在保证性能的前提下降低材料用量，进而降低成本 。另一方面，通过规模化生产，充分发挥规模效应，降低单位产品的生产成本 。
为了延长 SOEC 的使用寿命，科研人员从材料稳定性和结构设计两方面入手。开发新型耐久材料，提高材料在高温、高压、高湿等恶劣环境下的稳定性 。优化电堆结构设计，减少部件间的应力集中和热膨胀差异，降低部件损坏的风险 。在电堆内部，优化气体分配和流场设计，确保反应气体在电极表面均匀分布，减少浓差极化，提高电堆的整体性能，从而延长设备的使用寿命 。
（二）市场拓展趋势
固体氧化物电解（SOEC）技术在不同应用领域展现出巨大的市场拓展潜力，国际市场的竞争态势也在不断变化。
在工业领域，随着全球对低碳钢铁和绿色氨的需求不断增长，SOEC 技术在钢铁和制氨行业的应用前景广阔。在钢铁生产中，采用 SOEC 制氢用于氢气直接还原铁工艺，能够实现深度脱碳，符合钢铁行业绿色发展的趋势 。在制氨工业，SOEC 生产的绿氢用于合成氨，既能减少碳排放，又能提高氨的生产效率和质量，有望逐步替代传统的制氢工艺 。
在能源存储和分布式能源领域，SOEC 技术也具有重要的应用价值。随着可再生能源的大规模发展，能源存储问题日益突出，SOEC 可以将多余的电能转化为化学能存储在氢气中，实现能源的灵活存储和利用 。在分布式能源系统中，SOEC 能够与太阳能、风能等可再生能源发电设备相结合，为用户提供稳定的电力和氢气供应，满足分布式能源发展的需求 。
在国际市场上，欧美等发达国家凭借其先进的技术和成熟的产业链，在 SOEC 技术市场占据领先地位。Haldor Topsoe、Bosch 等国际企业通过不断研发创新和市场拓展，产品和技术广泛应用于全球多个国家和地区 。然而，随着中国、日本、韩国等亚洲国家在 SOEC 技术领域的投入不断增加，技术水平逐步提高，国际市场竞争格局正在发生变化 。中国企业在政策支持和市场需求的推动下，积极开展技术研发和产业化应用，不断提升产品性能和市场竞争力，在国际市场上的份额有望逐步扩大 。同时，各国企业在技术研发、市场拓展和项目合作等方面的竞争与合作也将更加频繁，推动 SOEC 技术在全球范围内的推广应用 。
