'Inspiegabile' – Gli scienziati svelano il rivoluzionario acciaio SS-H2

Un team guidato dal professor Mingxin Huang del Dipartimento di ingegneria meccanica dell'Università di Hong Kong ha compiuto progressi significativi nel campo dell'acciaio inossidabile. Quest’ultima innovazione si concentra sullo sviluppo di acciaio inossidabile progettato per applicazioni con idrogeno, noto come SS-H₂.

Il risultato fa parte del progetto “Super Steel” in corso del professor Huang, che in precedenza ha raggiunto traguardi importanti creando uno scudo anti-radiazioni.COVID-19 Acciaio inossidabile nel 2021 e sviluppo dell’acciaio ad altissima resistenza e altoresistenziale nel 2017 e 2020.

Il nuovo acciaio sviluppato dal team mostra un’elevata resistenza alla corrosione, aprendo potenziali applicazioni per la produzione di idrogeno verde dall’acqua di mare, dove una nuova soluzione sostenibile è ancora in cantiere.

Le prestazioni dei nuovi acciai nell'elettrolizzatore di acqua salata sono paragonabili all'attuale pratica industriale che utilizza il titanio come parti strutturali per produrre idrogeno dall'acqua di mare desalinizzata o… acidomentre il costo del nuovo acciaio è molto più economico.

Questa scoperta è stata pubblicata sulla rivista I materiali oggi. I risultati della ricerca stanno attualmente richiedendo brevetti in diversi paesi, due dei quali hanno già ottenuto la licenza.

Una rivoluzione nella resistenza alla corrosione

Fin dalla sua scoperta un secolo fa, l’acciaio inossidabile è sempre stato un materiale importante ampiamente utilizzato in ambienti corrosivi. Il cromo è un elemento essenziale nel determinare la resistenza alla corrosione dell'acciaio inossidabile. La pellicola negativa viene creata attraverso l'ossidazione del cromo (Cr) e protegge l'acciaio inossidabile negli ambienti naturali. Sfortunatamente, il tradizionale meccanismo di passivazione singola a base di cromo ha bloccato ulteriori progressi nel campo dell’acciaio inossidabile. A causa dell'ulteriore ossidazione del cromo stabile₂EHI₃ Al cromo solubile (VI) Classificarela corrosione passiva si verifica inevitabilmente nell'acciaio inossidabile convenzionale a ~1000 mV (elettrodo a calomelano saturo, SCE), che è inferiore al potenziale richiesto per l'ossidazione dell'acqua a ~1600 mV.

Il professor Mingxin Huang e il dottor Kaiping Yu. Credito: Università di Hong Kong

Ad esempio, il super acciaio inossidabile 254SMO è uno standard tra le leghe anticorrosive a base di cromo e ha una resistenza superiore alla vaiolatura nell'acqua di mare; Tuttavia, la corrosione transitoria ne limita l’applicazione a potenziali più elevati.

Utilizzando una strategia di “doppia passivazione sequenziale”, il gruppo di ricerca del professor Huang ha sviluppato il nuovo SS-H₂ Con resistenza alla corrosione superiore. Più un Cr₂EHI₃Strato passivo a base di manganese Sul precedente strato a base di cromo si forma uno strato secondario a base di manganese a circa 720 mV. Il meccanismo di passivazione a doppia catena impedisce SS-H₂ Dalla corrosione in ambiente cloruro a potenziali molto elevati di 1700 mV. SS-H₂ Mostra una svolta fondamentale rispetto al tradizionale acciaio inossidabile.

Scoperta inaspettata e potenziali applicazioni

“All'inizio non ci credevamo perché l'opinione prevalente era che il manganese compromette la resistenza alla corrosione dell'acciaio inossidabile. La passivazione a base di manganese è una scoperta controintuitiva e non può essere spiegata con le attuali conoscenze nella scienza della corrosione. Tuttavia, quando diversi Sono stati presentati i risultati a livello atomico. “Oltre alla sorpresa, non vediamo l'ora di sfruttare questo meccanismo”, ha detto il dottor Kaiping Yu, primo autore dell'articolo, per il quale il dottorato di ricerca del professor Huang sta supervisionando.

Dalla scoperta iniziale dell'innovativo acciaio inossidabile al raggiungimento di una svolta nella comprensione scientifica, fino alla preparazione per la sua pubblicazione formale e applicazione industriale, il team ha dedicato quasi sei anni al lavoro.

“A differenza dell'attuale comunità della corrosione, che si concentra principalmente sulla resistenza a potenziali normali, noi siamo specializzati nello sviluppo di leghe ad alta resistenza. La nostra strategia ha superato i limiti fondamentali degli acciai inossidabili convenzionali e ha creato un modello per Lega Sviluppo applicato ad alto potenziale. Questa svolta è entusiasmante e porta nuove applicazioni”, ha affermato il professor Huang.

Al giorno d'oggi, per gli elettrolizzatori dell'acqua in acqua di mare desalinizzata o soluzioni acide, per i componenti strutturali è necessario un costoso Ti rivestito con Au o Pt. Ad esempio, il costo totale di un sistema di serbatoi di elettrolisi PEM da 10 MW nella sua fase attuale è di circa 17,8 milioni di HK$ e i componenti strutturali contribuiscono fino al 53% del costo totale. La svolta del team del professor Huang rende possibile sostituire questi costosi componenti strutturali con acciaio più economico. Secondo le stime, l'impiego di SS-H₂ Si prevede che ridurrà il costo dei materiali da costruzione di circa 40 volte, dimostrando progressi significativi nelle applicazioni industriali.

“Dai materiali sperimentali ai prodotti reali, come reti e schiume, per elettrolizzatori d'acqua, ci sono ancora compiti impegnativi da svolgere. Attualmente abbiamo fatto un grande passo verso l'industrializzazione. Tonnellate di fili a base di SS-H2 sono stati prodotti in cooperazione con un produttore onshore”. Principale. Stiamo andando avanti con l'applicazione più economica di SS-H₂ “Nella produzione di idrogeno da fonti rinnovabili”, ha aggiunto il professor Huang.

Riferimento: “Strategia sequenziale di doppia passivazione per la progettazione dell'acciaio inossidabile utilizzato sull'ossidazione dell'acqua” di Kaiping Yu, Shihui Feng, Zhao Ding, Meng Guo, Peng Yu e Mingxin Huang, 19 agosto 2023, I materiali oggi.
doi: 10.1016/j.mattod.2023.07.022