中国矿业大学教授王绍荣：固体氧化物电解池制氢技术介绍

氢能通过燃料电池来发挥它的作用的，因为有了燃料电池它才能变为电。燃料电池可以不用氢能，燃料电池可以用其他的甲烷各种各样的燃料，那是另外一个事情。过去我们说氢，就是制氢、储运、加氢、燃料电池的应用，一般来讲是这样来划分的，而过去把氢作为危化品来管制的地方来进行制备，包括用氢的场所等等，对我们今后的应用带来很多不必要的限制。

— —中国矿业大学教授王绍荣

8月8日，由华北电力大学、中国可再生能源学会主办的“第一届中国储能学术论坛暨风光储创新技术大会”分论坛在北京召开，北极星储能网将对论坛进行全程直播。在8日“化学储能（氢储能）”分论坛上，中国矿业大学教授王绍荣作“固体氧化物电解池制氢技术介绍”报告。

中国矿业大学教授王绍荣

以下为发言实录：

中国矿业大学教授王绍荣：刚才袁老师做了非常精彩的报告，战略上把这件事情已经说清楚了，我稍微补充一些细节。

固体氧化物的燃料电池，今天我要说制氢。氢气作为二次能源和电能可以相互比较，也可以相互转化。比较在于，电能是最方便的，而氢能实际上是移动的电这块是方便的，比如说电动汽车的电源，比锂离子电池续航里程要长、加速时间要短，这是它的优势、也是今后的方向。氢能通过燃料电池来发挥它的作用的，因为有了燃料电池它才能变为电。燃料电池可以不用氢能，燃料电池可以用其他的甲烷各种各样的燃料，那是另外一个事情。

氢能跟燃料电池结合以后产生了这么多的应用场景，大家看也就一目了然了，也不需要我做更多的介绍。它的优势、续航里程、动力性能，燃料电池车、混合动力车、电动车，我想图片也是很有说服力的。加氢站，没有加氢站干不了事，现在也形成共识，国内现在也有很多规划的加氢站，可以期待今后两三年加氢站会爆发式的增长，政府也是补贴，这个事应该说发展的轰轰烈烈、蓬蓬勃勃的。虽然我本身不是做氢能源的，但是我也为这个形式感到非常骄傲。

过去我们说氢，就是制氢、储运、加氢、燃料电池的应用，一般来讲是这样来划分的，而过去把氢作为危化品来管制的地方来进行制备，这是对大家非常重要的限制，包括用氢的场所等等，当然本身有它的危险性，它需要一些管制，也是需要的，对我们今后的应用带来很多不必要的限制。这样一种理念之下我们的电解水，是很多的制氢方法的一种，只是这样来看待它，而且电解水过去还不是特别受待见，因为电是贵的，制氢成本是高的，大家不是特别喜欢，有这么一些问题。

最喜欢的或者成本低的当然是天然气制氢，或者现在我们国家大力推的煤制氢，煤制氢当然是成本最低的，但是煤制氢是不是清洁是另外一个问题。这是常温电解水，这是高温电解水，大概是这样的，高温电解水是今天我们重点要介绍的事情。

结合刚才袁教授的理念，新能源电力有高压输电线输送的话，我不一定非要在这个地方来制氢，我可以在这个地方来制氢，这就意味着氢的输送问题可能就是要解决的问题，因为氢的输送是很困难的，如果用电来输送，而现场电解水制氢直接给加氢站用的话可能是不是更加方便一点，尽管现在的政策也许不允许，但是政策毕竟是人制定的，如果咱们有需求，如果咱们的技术是可行的，我想政策就是大家努力的一个结果。如果是有这么一个概念的话，这个电解水制氢的事情可能不仅仅就是一个制氢了，可能还跟氢的输运结合起来了，这是一个我个人的想法。因此，这样一种思考之下，可再生新能源电力消纳与电解水制氢就是有机的结合，应该整体来考虑，怎么来考虑，刚才已经有老师做了报告。今天细化一点，固体氧化物SOEC，在各种电解技术里面SOEC温度是最高的，温度最高意味着效率是最高的，就是说以1.3V电压来电解的话，一方氢大概就是3度电，比其他的好一些，这就是为什么今天我来汇报的问题。这个图更加直观一点，电量是固定的，看电压效率就可以了，电压下来了电的成本也就低了，这就是非常简单的一个事情。

SOEC是什么东西呢？是SOFC燃料电池的逆运行，这个是发电的，本身有很多优点，今天不说了。咱们如果把这个箭头倒过来，外面接上直流电把这个箭头倒过来就是电解水制氢，这就是SOEC，其实是非常简单的一件事情。为什么效率高呢？两个原因，一个是热力学上的、一个是动力学上的。热力学上的是这样的事情，因为电解水，电解水，温度越高所需要的德尔塔H就小，德尔塔S是以热的形式补充的，动力学上也很简单，因为温度越高反应速度越快。这个事情实际国外已经有案例了，已经做了很多工作了，时间关系细节我也不介绍了。包括美国的Idaho国家实验室也做了SOEC的研究。包括德国的Julich研究中心也在做很多工作，不仅仅是制氢的，甚至可以进一步制成甲烷、甚至于制成液氢。

制氢的经济性，如果有这个电价的话，当然这个电价可能比较难以实现，因为过网费一上去电价就上去了，如果假定是这么一个条件，寿命5年，每千瓦1.5万人民币，氢的成本，这个成本是近的成本，包括一些其他的。如果真的达到的话，跟甲醇裂解，应该说还是有前途的，尤其是在弃风弃光弃水电价的前提之下。

SOFC和SOEC现在是什么情况呢？我们认为就是两个孪生兄弟，长的样子很像，电池、电堆工艺是完全一样的，只不过完全相反，工况有点不一样，一个是富燃料，一个是贫燃料，SOFC的系统比较复杂，因为还需要燃料的重整，用不完的燃料还要烧掉，而SOEC的系统是比较金丹的，没有那些问题。SOFC的问题重点在积碳、硫中毒等针对燃料的问题，而SOEC的主要问题是空气极的稳定性。SOFC目前在我们国家市场部太明朗，因为天然气太贵了，我们电比较便宜，用天然气来发电不划算，但是用SOEC的话氢能和储能是刚性的需求，所以我们认为这个事是值得做的。后面我会讲到，我们的电池是非常成熟的，为什么说电池成熟呢？我们过去一直开发这么一个电池，镍负极支撑的电池，这个是共烧结，一系列的优点就在这里，刚才我说了SOEC的问题在这里，而这一层刚好丝网印刷上去再烧上去，换材料非常简单，直接换一个材料就可以了，这就是为什么我们说比较成熟的。由于是孪生兄弟，我们前期的工作完全可以用过来，虽然过去是做发电的电池，我们把它改一改就可以做电解的电池，就是我们过去做的一些电池的样品，这是20×20平方厘米，发电可以发80瓦，如果电解的话，应该说电力密度是一样的，电压更高，功率还要更高一点。

这是我们一些比较细节的工作，这是比较典型的一个曲线，在高浓度下我们希望在1.3V的时候来工作，这么一个电流密度就决定了电池的生产量。我们要做的事，今年把这根线做的平坦一样，减少浓差极化。温度越高兴能越好，但是温度太高了也会带来其他一些问题，比如黏结板的问题、密封的问题等等，跟发电是一样的。像浓差极化，我们要把这个拉的更加平坦一点，降低气体的扩散，因为是电解本来是负极阴极这样来做，做完之后确实有改良。

稳定性，因为电解的稳定性是目前制约这个技术的一个关键点，涉及稳定性的原因也比较多，其中很重要的就是空气极材料，如果使用传统的材料，由于电解的时候氧气出来有局部的高氧，会产生一系列的界面问题，但是当我们改进以后就好很多了，这些事情是作为基础研究客观的一些问题，具体细节不介绍了。

系统集成，我们刚刚说这个系统比发电系统要稍微简单一点，简单在于它不需要后续的处理，但是它也需要一些比如说热管理，电的控制，包括气的控制，紧急情况下需要怎么样，最终出来还有一个储氢，这个氢不能随便放出去的，必须要把它消纳掉，它也有它的一些事情要做。

针对这个事情我们做了一个小的示范，这个示范只有100瓦，这么一个小的系统谈不上效率，但是我们可以谈电堆的效率，电堆的效率是非常高的，因为原理上就决定它是非常高的，做的可以的话电堆效率很高。

发展和展望，我们希望通过千瓦级的示范，千瓦级的示范我们正在做，做好以后非常欢迎各位专家、各位老师来我们这里指导。这里面重点实行了在寿命里边，5—25恩千瓦希望解决系统集成、系统示范运行的问题。到了100千瓦的时候，希望关注成本问题，因为到了100千万就意味着我们要用很多堆，很多堆就有一定的量产，有一定量产堆的成本就可以很快的下来，因为现在我们SOEC比那个贵很多，根本原因在于我们没有量产，希望做示范来推动效率。看看有没有可能如果到100千瓦以后就有可能示范，我们做估算，如果电力在3毛/度的话，把所有的加上去，大概每公斤制氢成本希望控制在这么一个量级，也许我们就有市场了。是不是正确，现在还不知道，因为毕竟不是做氢，是做燃料电池车。

总结起来就是这些内容，通过SOEC消纳富余电力，高效率的制氢，而规模、寿命和成本是今后的关键点。

我要讲的就是这些内容。谢谢大家！