Naukowcy opracowali pionierską stal nierdzewną do produkcji wodoru, SS-H2, która zapewnia doskonałą odporność na korozję i opłacalność w porównaniu z tytanem. Ta innowacja może znacząco obniżyć koszty materiałów stosowanych w elektrolizie wody, torując drogę niedrogiej produkcji wodoru ze źródeł odnawialnych. Powyżej znajduje się nowa wodorowa stal nierdzewna opracowana przez zespół. Źródło: Uniwersytet w Hongkongu
Zespół kierowany przez profesora Mingxina Huanga z Wydziału Inżynierii Mechanicznej Uniwersytetu w Hongkongu poczynił znaczne postępy w dziedzinie stali nierdzewnej. Ta najnowsza innowacja koncentruje się na rozwoju stali nierdzewnej przeznaczonej do zastosowań wodorowych, znanej jako SS-H2.
Osiągnięcie to jest częścią trwającego projektu profesora Huanga „Super Steel”, w ramach którego wcześniej osiągnięto kamienie milowe poprzez stworzenie osłony antyradiacyjnej.COVID-19 Stal nierdzewna w 2021 roku oraz rozwój stali ultrawytrzymałej i wysokowytrzymałej w latach 2017 i 2020.
Nowa stal opracowana przez zespół wykazuje wysoką odporność na korozję, co otwiera potencjalne zastosowanie do produkcji ekologicznego wodoru z wody morskiej, w przypadku której nowe zrównoważone rozwiązanie wciąż jest w przygotowaniu.
Wydajność nowych stali w elektrolizerze słonej wody jest porównywalna z obecną praktyką przemysłową wykorzystującą tytan jako elementy konstrukcyjne do produkcji wodoru z odsolonej wody morskiej lub… kwaśnypodczas gdy koszt nowej stali jest znacznie tańszy.
Odkrycie to zostało opublikowane w czasopiśmie Materiały dzisiaj. Osiągnięcia badawcze są obecnie zgłaszane do patentów w kilku krajach, z czego dwa uzyskały już licencję.
Rewolucja w odporności na korozję
Od czasu odkrycia sto lat temu stal nierdzewna zawsze była ważnym materiałem szeroko stosowanym w środowiskach korozyjnych. Chrom jest pierwiastkiem niezbędnym do określenia odporności stali nierdzewnej na korozję. Film negatywowy powstaje w wyniku utleniania chromu (Cr) i chroni stal nierdzewną w środowisku naturalnym. Niestety, tradycyjny mechanizm pojedynczej pasywacji na bazie chromu zatrzymał dalszy postęp w produkcji stali nierdzewnej. W wyniku dalszego utleniania stabilnego chromu2Hej3 Do rozpuszczalnego chromu (VI) Klasyfikowaćkorozja bierna nieuchronnie występuje w konwencjonalnej stali nierdzewnej przy ~1000 mV (nasycona elektroda kalomelowa, SCE), czyli poniżej potencjału wymaganego do utleniania wody przy ~1600 mV.
Profesor Mingxin Huang i dr Kaiping Yu. Źródło: Uniwersytet w Hongkongu
Na przykład super stal nierdzewna 254SMO jest standardem wśród stopów antykorozyjnych na bazie chromu i ma doskonałą odporność na wżery w wodzie morskiej; Jednakże przejściowa korozja ogranicza jego zastosowanie przy wyższych potencjałach.
Stosując strategię „sekwencyjnej podwójnej pasywacji”, zespół badawczy profesora Huanga opracował nowatorski SS-H2 Z doskonałą odpornością na korozję. Plus jeden Kr2Hej3Warstwa pasywna na bazie manganu Przy napięciu około 720 mV na poprzedniej warstwie na bazie chromu tworzy się wtórna warstwa na bazie manganu. Mechanizm pasywacji podwójnego łańcucha zapobiega SS-H2 Od korozji w środowisku chlorkowym do bardzo wysokich potencjałów 1700 mV. SS-H2 Stanowi zasadniczy przełom w stosunku do tradycyjnej stali nierdzewnej.
Nieoczekiwane odkrycie i potencjalne zastosowania
„Na początku w to nie wierzyliśmy, ponieważ panowała opinia, że mangan pogarsza odporność stali nierdzewnej na korozję. Pasywacja na bazie manganu jest odkryciem sprzecznym z intuicją i nie można jej wytłumaczyć obecną wiedzą z zakresu korozji. Jednak gdy kilka zaprezentowano wyniki na poziomie atomowym „Poza niespodzianką, nie możemy się doczekać wykorzystania tego mechanizmu” – powiedział dr Kaiping Yu, pierwszy autor artykułu, nad którym nadzoruje doktorat profesora Huanga.
Od początkowego odkrycia innowacyjnej stali nierdzewnej, poprzez osiągnięcie przełomu w rozumieniu naukowym, a ostatecznie przygotowania do jej formalnej publikacji i zastosowania przemysłowego, zespół poświęcił na prace prawie sześć lat.
„W przeciwieństwie do obecnej społeczności zajmującej się korozją, która koncentruje się głównie na odporności przy normalnych potencjałach, specjalizujemy się w opracowywaniu stopów o wysokiej odporności. Nasza strategia przezwyciężyła podstawowe ograniczenia konwencjonalnych stali nierdzewnych i stworzyła model dla Stop Rozwój stosowany o wysokim potencjale. Ten przełom jest ekscytujący i przynosi nowe zastosowania” – powiedział profesor Huang.
Obecnie w przypadku elektrolizerów wodnych w odsolonej wodzie morskiej lub roztworach kwaśnych na elementy konstrukcyjne wymagany jest kosztowny Ti pokryty Au lub Pt. Na przykład całkowity koszt systemu zbiorników elektrolizy PEM o mocy 10 MW na obecnym etapie wynosi około 17,8 mln HKD, a elementy konstrukcyjne stanowią do 53% całkowitego kosztu. Przełom dokonany przez zespół profesora Huanga umożliwia zastąpienie tych drogich elementów konstrukcyjnych bardziej ekonomiczną stalą. Według szacunków zatrudnienie SS-H2 Oczekuje się, że obniży to koszty materiałów budowlanych około 40-krotnie, co będzie świadczyło o znaczącym postępie w zastosowaniach przemysłowych.
„Od materiałów eksperymentalnych po realne produkty, takie jak siatki i pianki, do elektrolizerów wody, przed nami wciąż trudne zadania. Obecnie zrobiliśmy duży krok w stronę industrializacji. We współpracy wyprodukowano tony drutów na bazie SS-H2 z producentem na lądzie.” Main. Kontynuujemy prace nad bardziej ekonomicznym zastosowaniem SS-H2 „W produkcji wodoru ze źródeł odnawialnych” – dodał profesor Huang.
Odniesienie: „Strategia sekwencyjnej podwójnej pasywacji w projektowaniu stali nierdzewnej stosowanej przez utlenianie wodą” autorstwa Kaiping Yu, Shihui Feng, Zhao Ding, Meng Guo, Peng Yu i Mingxin Huang, 19 sierpnia 2023 r., Materiały dzisiaj.
doi: 10.1016/j.mattod.2023.07.022
„Podróżujący ninja. Rozrabiaka. Badacz bekonów. Ekspert od ekstremalnych alkoholi. Obrońca zombie.”
