摘要：
　　SOEC独辟蹊径，辟在高温，但高温是一把双刃剑。不同于碱性、PEM等常温电解水制氢方式，SOEC的工作温度达到650-850℃。高温带来了低电耗的优势，但也对电解槽材料的耐久性和稳定性提出了更高要求。①温度越高，电解水制氢所需的电耗越低。简单理解，碱性和PEM完全依靠电能拆开氢氧键，SOEC依靠热能和电能拆开氢氧键，所需电能更少，电耗更低。②长期的高温高湿运行环境对材料造成衰减，影响电解槽使用寿命。
　　电池片的制备和密封技术决定SOEC的性能优劣。SOEC电池片的制备类似陶瓷烧制，最后成型的产品和陶瓷片也相像，制备关键环节包括浆料制备-平板流延-叠压-烧结-丝网印刷；可以把SOEC制备形象理解为摊煎饼，首先要给煎饼配料（浆料制备），然后放到在锅底上用刮刀抹均匀（平板流延），最后煎熟变得脆硬（烧结）。电池片的密封技术也十分关键，影响SOEC的耐久性和效率。目前国内SOEC的自动化生产程度还不高，规模化程度较低，制造成本较高；若仅从材料角度考虑，电堆的材料成本为1352元/kW，包括电池片材料成本、框架材料成本、密封材料成本。未来SOEC系统成本的下降来自制备工艺成熟带来的产线良品率提升，以及供应链成熟化和规模化。
　　SOFC/SOEC的可逆性极强，两者制备过程及所用材料基本一致，不管是国内外，从事SOEC的企业大多是从SOFC转型而来。目前，海外SOFC/SOEC企业的产品成熟度要领先于国内，代表企业有美国Bloom Energy、丹麦Topsoe、德国Sunfire。2022年是国内电解槽发展的元年，相比碱性电解槽的一片火热，SOEC就显得要清静许多。一方面，SOEC的技术流派相对小众，上海硅酸盐研究所、上海应用物理研究所、宁波材料技术研究所、清华大学等科研院校是国内SOFC/SOEC技术研究的重地；另一方面，SOEC仍然处于走出实验室放大的阶段，产品成熟度和放量能力还在提升。国内企业来看，潮州三环具有50年电子陶瓷生产经验，是国内SOFC领域的龙头企业；其他代表企业还包括宁波索福人、质子动力、臻泰能源等。
　　风险提示：技术突破不及预期、成本下降不及预期、产业政策不及预期

研究报告全文：产业深度TableMainTableTitle产业研究月报TableAuthor2023092701期产业研究中心作者陈磊新型电解水制氢技术路线一SOEC独辟蹊电话021-38038037邮箱chenlei022459gtjascom径静待花开资格证书编号S0880522060001摘要TableSummary作者王浩电话0755-23976068SOEC独辟蹊径辟在高温但高温是一把双刃剑不同于碱性PEM等常温电解水制氢邮箱wanghao013539gtjascom方式SOEC的工作温度达到650-850高温带来了低电耗的优势但也对电解槽材料资格证书编号S0880513090004的耐久性和稳定性提出了更高要求温度越高电解水制氢所需的电耗越低简单理解碱性和PEM完全依靠电能拆开氢氧键SOEC依靠热能和电能拆开氢氧键所需电能作者鲍雁辛更少电耗更低长期的高温高湿运行环境对材料造成衰减影响电解槽使用寿命电话0755-23976830邮箱baoyanxingtjascom电池片的制备和密封技术决定SOEC的性能优劣SOEC电池片的制备类似陶瓷烧制最资格证书编号S0880513070005后成型的产品和陶瓷片也相像制备关键环节包括浆料制备-平板流延-叠压-烧结-丝网往期回顾TableDocReport印刷可以把SOEC制备形象理解为摊煎饼首先要给煎饼配料浆料制备然后放到在锅底上用刮刀抹均匀平板流延最后煎熟变得脆硬烧结电池片的密封技术也中国光伏步入新征程强者恒强构筑健康生态十分关键影响SOEC的耐久性和效率目前国内SOEC的自动化生产程度还不高规模20230918化程度较低制造成本较高若仅从材料角度考虑电堆的材料成本为1352元kW包光伏技术变革推动产业进步降本括电池片材料成本框架材料成本密封材料成本未来SOEC系统成本的下降来自制备增效谱写壮志蓝图20230918工艺成熟带来的产线良品率提升以及供应链成熟化和规模化机器人产业深度五机器人的触觉六维力矩传感器SOFCSOEC的可逆性极强两者制备过程及所用材料基本一致不管是国内外从事SOEC20230917的企业大多是从SOFC转型而来目前海外SOFCSOEC企业的产品成熟度要领先于国光伏银浆产业研究展望格局持续优化银电极主流地位不改新能源产内代表企业有美国BloomEnergy丹麦Topsoe德国Sunfire2022年是国内电解槽业研究系列十一发展的元年相比碱性电解槽的一片火热SOEC就显得要清静许多一方面SOEC的技20230909术流派相对小众上海硅酸盐研究所上海应用物理研究所宁波材料技术研究所清以生命周期视角看未来十年宠华大学等科研院校是国内SOFCSOEC技术研究的重地另一方面SOEC仍然处于走出实物产业投资20230907验室放大的阶段产品成熟度和放量能力还在提升国内企业来看潮州三环具有50年电子陶瓷生产经验是国内SOFC领域的龙头企业其他代表企业还包括宁波索福人质子动力臻泰能源等风险提示技术突破不及预期成本下降不及预期产业政策不及预期请务必阅读正文之后的免责条款部分产业深度目录1SOEC独辟蹊径辟在高温311高温固体氧化物电解水制氢SOEC312SOEC材料以陶瓷粉体为主成本较低313高温环境下电耗大大降低但材料也更容易衰减42电池片的制备和密封技术决定SOEC的性能优劣未来降本依靠良品率提升及供应链成熟化521电池片的制备和密封是影响SOEC性能的关键522SOEC的降本路径产线良品率提升供应链规模化63SOEC技术独成一派静待产业化成熟花开84风险提示10请务必阅读正文之后的免责条款部分2of11产业深度1SOEC独辟蹊径辟在高温高温是一把双刃剑不同于碱性PEM等常温电解水制氢方式SOEC的工作温度达到650-850高温带来了低电耗的优势但也对电解槽材料的耐久性和稳定性提出了更高要求11高温固体氧化物电解水制氢SOECSOEC的原理是在高温条件下650-850电解水蒸气制氢总反应为2H2O2H2O2根据电解质传导的电荷类型不同SOEC可分为氧离子传导型SOEC和质子传导型SOEC根据结构的不同SOEC又可分为平板式和管式SOEC目前主要发展的是平板式氧离子传导型SOEC图1SOEC电解槽制氢原理资料来源SOEC固体氧化物电解质电解水再科普SOEC电解槽由氢电极层电解质层氧电极层构成氢电极为多孔陶瓷结构例如Ni-YSC金属陶瓷负责导通电子传输水蒸气及生成的氢气电解质为致密的钙钛矿类陶瓷如YSZ可导通O2-氧电极为多孔陶瓷结构例如LSM可导通O2-传输空气及生成的氧气当在电解池外部施加一定电压时在电动势作用下氢电极处的H2O在Ni2--22的催化下分解为H2与OH2O2eH2O产生的O穿过电2解质层到达氧电极在催化剂作用下失去电子生成O22OO24e12SOEC材料以陶瓷粉体为主成本较低类似于碱性和PEMSOEC系统也包括电堆和BOP辅助系统两大块电堆是SOEC系统的核心主要由陶瓷材料如YSZLSM等构成相比于PEM原材料中的铂族贵金属SOEC所用陶瓷材料成本较低在BOP辅助系统中蒸汽发生器换热器压缩机等较为关键图2SOEC电解水系统结构图3SOEC电堆结构请务必阅读正文之后的免责条款部分3of11产业深度资料来源势银绿氢产业发展蓝皮书资料来源东芝能源系统株式会社表1SOEC电解水系统核心部件常用材料作用电解质YSZ钇稳定氧化锆传导氧离子或质子隔绝氢气和氧气阴极Ni-YSZ氧化镍钇稳定氧化锆原料水分解的场所电堆阳极LSM镧锶锰LSCF镧锶钴产生氧气的场所密封垫片云母热塑性材料避免气体和液体泄漏内部连接管不锈钢将单体电池连接起来蒸汽发生器-将原料水高温转化为水蒸气BOP换热器-将热流体的部分热量传递给冷流体的设备干燥器干燥器碳钢去除氢气中的水蒸气并冷却至常温资料来源2023中国SOECSOFC系统行业蓝皮书国泰君安证券研究13高温环境下电耗大大降低但材料也更容易衰减温度越高电解水制氢所需的电耗越低电解水制氢的能量来源由电能和热能两部分构成H反应发生需要吸收的能量常数G吉布斯自由能变化代表电能T温度S反应的熵变常数相比碱性和PEM常温电解水制氢其主要依赖电能拆开氢氧键但在SOEC电解水制氢中热能提供了更多的能量相应电耗也更低图4温度越高电解水制氢所需的电耗越低资料来源高温固体氧化物电解制氢技术发展现状与展望请务必阅读正文之后的免责条款部分4of11产业深度长期的高温高湿运行环境对材料造成衰减影响电解槽使用寿命目前限制SOEC使用寿命的主要是阴极和阳极材料对于阴极材料目前使用最多的是Ni-YSZ金属陶瓷复合材料在高温水蒸气的环境下单质Ni容易氧化并蒸发造成镍元素流失降低电极的催化性能对阳极材料目前常用LSMLSCF在长期水蒸气高温下易出现分层开裂等问题2电池片的制备和密封技术决定SOEC的性能优劣未来降本依靠良品率提升及供应链成熟化SOEC单电池最后的成型与陶瓷片相像其制备过程和陶瓷的烧结也类似由于SOEC单电池很薄单电池面积过大容易发生脆裂在单电池堆叠成电堆的过程中堆叠片数过多也容易使薄片中间受力过多发生脆裂此外长期在650-850高温下工作并且频繁的启停对电池片的密封材料也提出了更高的要求图5SOEC单电池成型后类似陶瓷片资料来源清华大学固体氧化物燃料电池实验室21电池片的制备和密封是影响SOEC性能的关键SOEC电池片的制备类似陶瓷烧制关键环节包括浆料制备-平板流延-叠压-烧结-丝网印刷SOEC电池片由阴极阳极和电解质三部分组成可选取其中一种作为支撑体起支撑作用其他两部分作为膜贴附在支撑体上图6不同电解质阳极阴极分别作为支撑体的结构请务必阅读正文之后的免责条款部分5of11产业深度资料来源固体氧化物燃料电池的制备工艺以电解质作支撑体为例将电解质YSZ粉体与黏结剂等其他辅助材料混合形成稳定的浆料此处浆料的配方是关键不同厂家的浆料配比不同在流延机中用刮刀推动浆料在光滑的玻璃杯上涂抹均匀形成一片片薄膜层每一层流延的YSZ生坯约30m厚度待干燥后取下待薄膜干燥后把多层流延成型的薄片通过热压堆叠在一起通常由10层左右堆叠生坯在300m厚度同时加入1-2层阳极薄膜叠压后的生坯经过激光切割成方形在1000-3000下烧结形成电解质阳极层陶瓷片丝网印刷电池片的阴极薄膜和电解质阳极层一起再次烧结得到成型的SOEC单电池片最后将单电池片堆叠成电堆图7SOEC电堆的制备工艺资料来源质子动力电池片的密封技术也十分关键影响SOEC的耐久性和效率密封材料的功能包括防止氢气和氧气在电堆内混合保持良好的气密性将阳极-电解质-阴极-连接板粘结在一起组成电堆将连接板边缘绝缘分开防止连接板电流短路SOEC的运行环境严酷需在650-850的高温下长时间工作还有启动和停止导致的急速升温和降温密封材料要在这样的环境中也能稳定发挥性能保持高度的气密性和耐受性玻璃和玻璃陶瓷是板式SOEC普遍采用的密封材料研究人员也在通过探索新型结构开发新材料等提升密封性能22SOEC的降本路径产线良品率提升供应链规模化请务必阅读正文之后的免责条款部分6of11产业深度目前国内SOEC的自动化生产程度还不高规模化程度较低制造成本较高若仅从材料角度考虑电堆的材料成本为1352元kW电池片材料成本框架材料成本密封材料成本未来SOEC系统成本的下降来自制备工艺成熟带来的产线良品率提升以及供应链成熟化和规模化表2关键参数假设参数数值工作电压13V电流密度09Acm2功率密度117wcm2单电池片实际面积169cm213cm13cm单电池片有效面积130cm2单电池片功率0152kW资料来源Bottom-upcostevaluationofSOECsystemsintherangof10-100MWYSZ支撑的电池片主要材料包括LSCFYSZCGO等粉体考虑70的离岸价15的电池片废品率电池片的材料成本为278元kW表3电池片材料报价及用量价格用量材料成本元cell材料元kggcell原材料考虑15废品率LSCF115228461542YSZ76814916341923CGO144026535629NiOCGO768144032505594有机溶剂-245456536总成本--35914224数据来源基于中国市场的SOEC电堆自下而上的成本分析框架结构包括互联体进气歧管集流装置和负载框架采用Crofer22APU材料加工Crofer22APU价格254元kg每个SOEC堆集成160个电池片每20个电池片构成一个电堆重复单元每一个电堆重复单元的Crofer22APU材料用量995kg每个SOEC电堆材料用量796kg框架材料成本831元kW表4框架结构材料及用量框架组件材料每个电堆重复单元材料用量kg互联体Crofer22APU262进气歧管Crofer22APU477集流装置Crofer22APU103负载框架Crofer22APU153资料来源基于中国市场的SOEC电堆自下而上的成本分析SOEC电堆的密封需要用到玻璃密封胶和银浆价格为6000元kg单个电池片用量616g密封材料成本243元kW请务必阅读正文之后的免责条款部分7of11产业深度3SOEC技术独成一派静待产业化成熟花开2022年可以说是国内电解槽发展的元年相比碱性的一片火热SOEC就显得要清静许多一方面SOEC的技术流派相对小众上海硅酸盐研究所上海应用物理研究所宁波材料技术研究所清华大学等科研院校是国内SOFCSOEC技术研究的重地另一方面SOEC仍然处于走出实验室放大的阶段产品成熟度和放量能力还在提升SOFCSOEC的可逆性极强两者制备过程及所用材料基本一致不管是国内外从事SOEC的企业大多是从SOFC转型而来目前海外SOFCSOEC企业的产品成熟度要领先于国内代表企业有美国BloomEnergy丹麦Topsoe德国Sunfire图8BloomEnergy营业收入及净利润亿元人民币图9Topsoe营业收入及净利润亿元人民币8765711971056133642664745738580458424627926511743499590-1130-1180-1734-2184-21662018201920202021202220182019202020212022营业收入净利润营业收入净利润资料来源wind国泰君安证券研究资料来源wind国泰君安证券研究潮州三环是国内SOFC领域的龙头企业由于SOFC的制备和陶瓷片类似公司50年电子陶瓷生产经验有很大附加优势公司2015年收购了澳大利亚CFCL公司获得其电堆和小功率SOFC系统技术基础2016年将SOFC专利授权SOLIDPower公司使用并且为其供应单电池2017年开始向国内市场推出SOFC电堆目前公司已成为全球最大的SOFC电解质隔膜供应商是SOFC巨头BloomEnergy核心供应商持续获大订单臻泰能源成立于2016年由毕业于丹麦技术大学的胡强博士和吴剑博士联合创办主要产品有新型ZTSOC高温燃料电池片电堆及其集成应用系统2023年7月公司完成近亿元融资质子动力成立于2019年在徐州青岛两地拥有电池片及系统生产基地公司已在青岛落地SOEC电池片及单电堆生产线一期设计产能1MW年二期设计产能10MW年目前公司正在为二期投产做准备图10国内SOFCSOEC企业分布请务必阅读正文之后的免责条款部分8of11产业深度资料来源国泰君安证券研究表5国内SOFCSOEC一级企业融资情况企业成立时间融资情况2014年9月公司获联想之星天使轮投资2017年5月公司获智朗创投A轮投资2018年宁波索福人2014097月公司绿河投资A轮投资质子动力2019032021年12月公司获得青岛胶州国有股权基金Pre-A轮融资2019年5月公司获水木创投天使轮投资2021年8月公司获杭锅股份水木创投天使臻泰能源201602轮投资2023年7月公司获水木创投耀途资本物产中大投资丽水市国资委粤科鑫泰股权投资基金Pre-A轮投资华科福赛2016122017年11月公司获湖南赛伯乐股权投资2021年3月公司获鼎泰海富股权投资2022年8月公司获三峡鑫泰红杉中国种子基金宝湖投资利尼克斯亿华通天使轮投北京思伟特202101资华清能源2018072021年8月公司获杭州金投产业善达投资A轮投资氢邦科技2020102020年10月公司获中科创星东睦股份天使轮投资氢程科技201910未披露翌晶氢能202009未披露资料来源企名片国泰君安证券研究请务必阅读正文之后的免责条款部分9of11产业深度4风险提示技术突破不及预期成本下降不及预期产业政策不及预期请务必阅读正文之后的免责条款部分10of11产业深度本公司具有中国证监会核准的证券投资咨询业务资格分析师声明作者具有中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格或相当的专业胜任能力保证报告所采用的数据均来自合规渠道分析逻辑基于作者的职业理解本报告清晰准确地反映了作者的研究观点力求独立客观和公正结论不受任何第三方的授意或影响特此声明免责声明本报告仅供国泰君安证券股份有限公司以下简称本公司的客户使用本公司不会因接收人收到本报告而视其为本公司的当然客户本报告仅在相关法律许可的情况下发放并仅为提供信息而发放概不构成任何广告本报告的信息来源于已公开的资料本公司对该等信息的准确性完整性或可靠性不作任何保证本报告所载的资料意见及推测仅反映本公司于发布本报告当日的判断本报告所指的证券或投资标的的价格价值及投资收入可升可跌过往表现不应作为日后的表现依据在不同时期本公司可发出与本报告所载资料意见及推测不一致的报告本公司不保证本报告所含信息保持在最新状态同时本公司对本报告所含信息可在不发出通知的情形下做出修改投资者应当自行关注相应的更新或修改本报告中所指的投资及服务可能不适合个别客户不构成客户私人咨询建议在任何情况下本报告中的信息或所表述的意见均不构成对任何人的投资建议在任何情况下本公司本公司员工或者关联机构不承诺投资者一定获利不与投资者分享投资收益也不对任何人因使用本报告中的任何内容所引致的任何损失负任何责任投资者务必注意其据此做出的任何投资决策与本公司本公司员工或者关联机构无关本公司利用信息隔离墙控制内部一个或多个领域部门或关联机构之间的信息流动因此投资者应注意在法律许可的情况下本公司及其所属关联机构可能会持有报告中提到的公司所发行的证券或期权并进行证券或期权交易也可能为这些公司提供或者争取提供投资银行财务顾问或者金融产品等相关服务在法律许可的情况下本公司的员工可能担任本报告所提到的公司的董事市场有风险投资需谨慎投资者不应将本报告为作出投资决策的惟一参考因素亦不应认为本报告可以取代自己的判断在决定投资前如有需要投资者务必向专业人士咨询并谨慎决策本报告版权仅为本公司所有未经书面许可任何机构和个人不得以任何形式翻版复制发表或引用如征得本公司同意进行引用刊发的需在允许的范围内使用并注明出处为国泰君安证券研究且不得对本报告进行任何有悖原意的引用删节和修改若本公司以外的其他机构以下简称该机构发送本报告则由该机构独自为此发送行为负责通过此途径获得本报告的投资者应自行联系该机构以要求获悉更详细信息或进而交易本报告中提及的证券本报告不构成本公司向该机构之客户提供的投资建议本公司本公司员工或者关联机构亦不为该机构之客户因使用本报告或报告所载内容引起的任何损失承担任何责任国泰君安证券研究上海深圳北京深圳市福田区益田路6003号荣超商务中北京市西城区金融大街甲9号金融地址上海市静安区新闸路669号博华广场20层心B栋27层街中心南楼18层邮编200041518026100032电话0213867666607552397688801083939888E-mailgtjaresearchgtjascom请务必阅读正文之后的免责条款部分11of11