瞄准氢社会的未来｜电装致力开发水电解装置SOEC

Solid Oxide Electrolysis Cell

新一代

水电解系统

为了促进碳中和目标的实现，逐步摆脱对化石能源消耗的依赖，氢作为一种非常理想的清洁能源，也亟待得到更高效的制造和利用。株式会社电装（以下简称“电装”）正致力于开发新一代水电解系统“SOEC（Solid Oxide Electrolysis Cell / 固体氧化物电解池），促进削减SOEC能耗，提高氢气制造效率。

SOEC

电解效率更高的水电解结构

水产生氢的水电解方法有碱性水电解制氢、PEM（Polymer Electrolyte Membrane/固体高分子电解质膜）制氢等几种方式。由于水具备在温度越高越能在低电压下分解的性质，因此与在60℃左右反应的碱性水电解制氢、PEM制氢不同，SOEC所使用的陶瓷材料可在约700℃高温下反应，制氢所需的能耗也会对应削减。

SOEC

在SOEC中，陶瓷用于制造由燃料电极，电解质膜和空气电极三层组成的“电池”，然后将电池堆叠以形成电堆。

SOEC的电解模式是将该电堆放入用绝热材料包裹的高温机器“热模块”中，并向其中送入700℃高温的水蒸气来进行电解。

作为备受期待的新一代水电解装置，SOEC能够有效利用余热并稳定提供低碳电力，从理论上，效率是高于低温制氢模式的。然而目前也因为该技术的实现难度较高尚未被广泛普及。电装正在利用自身培养的技术力求提高绿色氢气的制造效率，解决SOEC的普及课题。

课题

利用热管理和系统化技术改善

由于热模块与周围的温差容易发生散热，为了维持热模块700℃的高温，则需要追加加热已散热的部分，这将会消耗额外的能量。另外，送入热模块的水蒸气并不是全部都可以用于氢的制造，会存在未反应就被释放的情况。这样用来变成水蒸气的热能就会浪费，效率也会下降。

针对上述问题，电装正在利用自身在移动产品领域所积累的技术进行开发。

首先为了减少热模块散发的热量，需对装置内排出的余热进行回收利用。电装以车载交换器技术为基础，开发能够抑制热交换器表面的散热并高效回收余热的构造，确保电堆保持在适当的温度，提高电解和制氢效率。同时为了避免回收余热时因热量的流动产生温度梯度，需解决平衡问题，对此，电装利用在汽车零部件开发中培养的热流体技术和热流体模拟技术来解决上述问题。

此外，为了解决排放未反应水蒸气造成的能源损失问题，电装SOEC配置了利用推出器的系统。推出器是一种无需依赖泵等机械驱动器即可利用高压流体的能量吸入、排出低压流体的装置，可实现回收未分解成氢气和氧气就被排出的水蒸气，并在电堆中再次循环。并且因推出器耐高温、使用部件少，对应地可以延长SOEC的核心部件寿命，降低维护成本。

事实上，在一般情况下，SOEC的热模块和电堆都是独立开发或者外部组装，得益于电装系统化的技术优势，始终将其作为集成系统并在内部开发，整合功能上重复的内容，持续削减非必要的部分，促进产品小型化，从而避免热量流失，进一步减少能耗，逐步在性能方面取得突破。

电堆

用先进生产技术打磨电堆

电装同时还具备电池开发的技术优势。当电池中发生反应并且离子从燃料电极移动到空气电极时，功耗会随距离增加而增加。

为了降低离子移动所产生的能耗，则需确保SOEC陶瓷层的薄度和密闭。电装以排气传感器为基本技术制作陶瓷层，将电池堆叠以形成多层结构进行烧制，并利用电装在爱知同步加速器光学中心的专用光束线，粉丝陶瓷制造过程中，元素层面上发生的变化，持续克服过程中的种种课题，制造出薄且密的陶瓷层。

此外，电装始终参与陶瓷原材料的采购、烧制和组装，基于其自身拥有的先进生产技术制造优于现有电堆的产品。SOEC之所以需要700℃是因为离子导体在700℃以下性能会急剧下降，这是陶瓷材料的特性，对于目前的材料技术，700℃是标准的温度。

电装的目标是希望通过处理新材料以达到更高的水平，尽管改变陶瓷材料，烧制工序、条件都会发生变化，但是电装希望通过长期积累的技术优势持续发起新挑战。

碳中和

展望碳中和的未来

电装促进实现SOEC的进一步发展

当然先进的开发与各界伙伴的合作是不可缺少的，电装与大学研究室合作致力于材料开发，如果材料技术有所突破，那么融合了氢制造和燃料电池的新装置「SORC」的开发也将进入视野。目前使用SOEC的共电解生成氢和CO，合成甲烷的技术还处于研究开发阶段，为了不断开拓完善SORC和共电解合成甲烷等与SOEC相关的技术，材料技术还需要持续进化和突破。

探索SOEC可能性的挑战才刚刚开始，未来，电装将与合作伙伴们一起持续挑战SOEC的技术难题，提高绿色氢气的制造效率，为实现碳中和做出贡献。

以上内容和图片均来自电装官网：

https://www.denso.com/jp/ja/driven-base/tech-design/soec/