Среда, 21 февраля, 2024
ДомойНаука«Невозможно объяснить»: ученые представили революционную сталь SS-H2

«Невозможно объяснить»: ученые представили революционную сталь SS-H2

- Advertisement -

Ученые разработали революционную нержавеющую сталь SS-H2 для производства водорода, которая обеспечивает превосходную коррозионную стойкость и экономичность по сравнению с титаном. Это нововведение может существенно снизить материальные затраты на электролизеры воды, открыв путь к более доступному производству водорода из возобновляемых источников. Выше представлена ​​новая нержавеющая сталь для водорода, разработанная командой. Фото: Университет Гонконга.

Команда, возглавляемая профессором Минсинь Хуангом с факультета машиностроения Гонконгского университета, добилась значительного прогресса в области нержавеющей стали. Эта недавняя инновация направлена ​​на разработку нержавеющей стали, предназначенной для применения в водороде, известной как SS-H.2.

Это достижение является частью продолжающегося проекта профессора Хуана «Суперсталь», в рамках которого ранее были достигнуты заметные успехи в создании анти-COVID-19 нержавеющая сталь в 2021 году и разработка сверхпрочной и сверхпрочной суперстали в 2017 и 2020 годах.

Новая сталь, разработанная командой, демонстрирует высокую коррозионную стойкость, что позволяет ее потенциально использовать для производства экологически чистого водорода из морской воды, где новое устойчивое решение все еще находится в стадии разработки.

Характеристики новой стали в электролизере с соленой водой сопоставимы с современной промышленной практикой использования титана в качестве конструкционных деталей для производства водорода из обессоленной морской воды или кислотапри этом стоимость новой стали значительно дешевле.

Открытие опубликовано в журнале Материалы сегодня. Научные достижения в настоящее время поданы на патенты во многих странах, и два из них уже получили разрешение.

Революция в области коррозионной стойкости

С момента своего открытия сто лет назад нержавеющая сталь всегда была важным материалом, широко используемым в агрессивных средах. Хром является важным элементом в обеспечении коррозионной стойкости нержавеющей стали. Пассивная пленка образуется в результате окисления хрома (Cr) и защищает нержавеющую сталь в естественных условиях. К сожалению, этот традиционный механизм одиночной пассивации на основе Cr остановил дальнейшее развитие нержавеющей стали. За счет дальнейшего окисления стабильного Cr2О3 в растворимый Cr(VI) разновидностьТранспассивная коррозия неизбежно возникает в обычной нержавеющей стали при ~ 1000 мВ (насыщенный каломельный электрод, SCE), что ниже потенциала, необходимого для окисления воды при ~ 1600 мВ.

Профессор Минсинь Хуан и доктор Кайпин Ю. Фото: Университет Гонконга.

Например, супернержавеющая сталь 254SMO является эталоном среди антикоррозионных сплавов на основе хрома и обладает превосходной стойкостью к точечной коррозии в морской воде; однако транспассивная коррозия ограничивает его применение при более высоких потенциалах.

Используя стратегию «последовательной двойной пассивации», исследовательская группа профессора Хуана разработала новый SS-H.2 с превосходной коррозионной стойкостью. В дополнение к синглу Cr2О3Пассивный слой на основе Mn, вторичный слой на основе Mn формируется на предшествующем слое на основе Cr при ~720 мВ. Последовательный механизм двойной пассивации предотвращает2 от коррозии в хлоридных средах до сверхвысокого потенциала 1700 мВ. СС-Х2 демонстрирует фундаментальный прорыв по сравнению с обычной нержавеющей сталью.

Неожиданное открытие и потенциальные применения

«Изначально мы в это не поверили, поскольку преобладает мнение, что Mn ухудшает коррозионную стойкость нержавеющей стали. Пассивация на основе Mn — это противоречивое открытие, которое невозможно объяснить современными знаниями в области науки о коррозии. Однако, когда были представлены многочисленные результаты на атомном уровне, мы в этом убедились. Мы не только удивлены, но и не можем дождаться возможности воспользоваться этим механизмом», — сказал доктор Кайпин Юй, первый автор статьи, чья докторская степень находится под руководством профессора Хуана.

От первоначального открытия инновационной нержавеющей стали до достижения прорыва в научных знаниях и, наконец, подготовки к официальной публикации и, надеюсь, к ее промышленному применению, команда посвятила работе почти шесть лет.

«В отличие от нынешнего сообщества специалистов по коррозии, которое в основном фокусируется на стойкости к естественным потенциалам, мы специализируемся на разработке сплавов, устойчивых к высокому потенциалу. Наша стратегия преодолела фундаментальные ограничения традиционной нержавеющей стали и создала парадигму для сплав разработки, применимые при высоких потенциалах. Этот прорыв является захватывающим и открывает новые возможности применения». Сказал профессор Хуан.

В настоящее время для электролизеров воды в обессоленной морской воде или растворах кислот в качестве конструктивных элементов требуются дорогие Ti с покрытием Au или Pt. Например, общая стоимость системы электролизных резервуаров PEM мощностью 10 мегаватт на нынешнем этапе составляет примерно 17,8 миллиона гонконгских долларов, при этом структурные компоненты составляют до 53% общих затрат. Прорыв, сделанный командой профессора Хуана, позволяет заменить эти дорогие конструктивные элементы более экономичной сталью. По оценкам, применение SS-H2 Ожидается, что это снизит стоимость конструкционных материалов примерно в 40 раз, продемонстрировав широкие возможности промышленного применения.

«От экспериментальных материалов до реальных продуктов, таких как сетки и пенопласты для электролизеров воды, все еще остаются непростые задачи. В настоящее время мы сделали большой шаг к индустриализации. Тонны проволоки на основе SS-H2 были произведены в сотрудничестве с заводом на материке. Мы продвигаемся вперед в применении более экономичного SS-H.2 в производстве водорода из возобновляемых источников», — добавил профессор Хуанг.

Ссылка: «Стратегия последовательной двойной пассивации для проектирования нержавеющей стали, используемой без водного окисления», Кайпин Ю, Шихуэй Фэн, Чао Дин, Мэн Гу, Пэн Ю и Минсинь Хуан, 19 августа 2023 г., Материалы сегодня.
DOI: 10.1016/j.mattod.2023.07.022.

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме