王亚奇

(1.北京矿冶科技集团有限公司，北京 100160； 2.北京当升材料科技股份有限公司，北京 100160)

1 SOEC关键技术

1.1 SOEC工作原理

图1 SOEC模式H2O/CO2共电解原理示意图

SOEC的工作原理如图1所示：H2O和CO2在氢电极侧给入，为了防止氧电极的氧化，一般会在H2O和CO2混合气中掺入一定比例的H2，氧电极侧暴露在空气中，在氢电极和氧电极两侧施加特定的运行电压，H2O/CO2会因为电子的作用在氢电极上发生H2O和CO2的还原反应生成O2-，生成的O2-穿过致密的电解质(氧离子导体)到达氧电极侧，在氧电极失去电子发生氧化反应生成O2，在氢电极侧H2O和CO2被还原成H2和CO。

1.2 电解模式下的热力学过程

根据热力学定律，反应发生所需要的能量为：

图2 SOEC共电解CO2/H2O能量需求

从热力学角度看，由于电解H2O和电解CO2都是吸热反应，所以越高的运行温度对共电解H2O/CO2的反应过程就越有利。基于热力学计算，电解过程的能量需求如图2所示。生成合成气的最大功ΔG随着温度的升高逐渐降低，即高温运行可以降低对电能的需求,在实际运行时，由于电极极化等原因，工作电压要高于可逆电动势。在800℃由公式(2)计算的共电解模式的可逆电动势约为1.0 V，工作时通常运行电压为1.3～1.4 V；但是与低温碱性电池相比其运行电压相比已经有了显著的降低[6-7]。

2 SOEC组成及关键材料

2.1 SOEC组成

固体氧化物电解池(SOEC)是固体氧化物燃料电池(SOFC)的逆过程，其结构与SOFC一样，同样是由多孔的有催化活性的氧电极、氢电极和氧离子导体电解质组成。

2.2 氧电极材料

氧电极材料必须在氧化气氛下具备稳定性高、离子和电子电导率高、催化活性好以及与电解质匹配等特点，同时和氢电极一样，需要有足够的孔隙满足氧化气体的传输。……