综述：高温固体氧化物电解技术用于清洁氢气和化学品生产的进展：材料、电池、电堆、系统及经济学

（编辑推荐）本综述系统解析了固体氧化物电解池（SOEC）技术，涵盖氧离子传导型与质子传导型（PC-SOEC）两类器件，聚焦500–1000°C高温下高效制备H2 /CO的机理，揭示材料-电堆-系统多尺度挑战，并基于技术经济分析探讨商业化路径，为绿色能源转型提供关键科学指引。

　　

Abstract

固体氧化物电解池（SOEC）作为固态电化学装置，能在500–1000°C高温下将电能转化为H₂
、CO和O₂
等化学能。近年来，其因高效生产绿色氢能与化学品的独特优势引发广泛关注，但商业化仍需突破。本文从材料、电池、电堆到系统层面展开全景分析，特别强调高温材料的特性与挑战。

多尺度现象与电化学特性

SOEC的性能与寿命受纳米-微观-宏观多尺度现象影响。氧离子传导型SOEC中，钇稳定氧化锆（YSZ）电解质在800°C以上展现优异离子电导率，但阴极/电解质界面的铬挥发会导致微结构劣化。而新兴的质子传导陶瓷（PC-SOEC）在600°C中低温区具有更低极化电阻，但质子导体（如BaZr_0.8
Y_0.2
O_3?δ
）的化学稳定性问题亟待解决。

材料挑战与创新

电极材料需兼顾催化活性与耐久性：Ni-YSZ金属陶瓷阳极易因氧化还原循环产生微裂纹，而钙钛矿型阴极（如La_0.8
Sr_0.2
MnO₃
）面临铬中毒风险。密封材料在热循环下的蠕变行为直接影响电堆寿命，玻璃-陶瓷复合体系成为研究热点。

系统集成与经济效益

10 kW级SOEC系统能量转化效率可达70%以上，但热管理优化与衰减控制是关键。技术经济分析表明，当前SOEC制氢成本约为4–6美元/kg，若电堆寿命突破8万小时且电价低于0.03美元/kWh，成本可降至2美元/kg以下，与风光发电耦合将加速市场化。

未来展望

质子导体稳定性提升、衰减机制原位表征、电堆快速启停技术及废热利用系统构成未来四大攻关方向。SOEC与化工、冶金行业耦合的“电-气-化学品”多联产模式，或将成为碳中和战略的重要支点。