'Açıklanamaz' – Bilim adamları devrim niteliğindeki çelik SS-H2'yi ortaya çıkardı

Hong Kong Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü'nden Profesör Mingxin Huang'ın başkanlığını yaptığı bir ekip, paslanmaz çelik alanında önemli ilerlemeler kaydetti. Bu son yenilik, SS-H olarak bilinen, hidrojen uygulamaları için tasarlanmış paslanmaz çeliğin geliştirilmesine odaklanıyor.₂.

Bu başarı, Profesör Huang'ın daha önce bir anti-radyasyon kalkanı oluşturarak kilometre taşlarına ulaşan devam eden 'Süper Çelik' projesinin bir parçası.COVID-19 2021'de paslanmaz çelik ve 2017 ve 2020'de ultra yüksek dayanımlı ve yüksek dayanımlı çeliğin gelişimi.

Ekip tarafından geliştirilen yeni çelik, yüksek korozyon direnci göstererek, yeni bir sürdürülebilir çözümün hala yolda olduğu deniz suyundan yeşil hidrojen üretimi için potansiyel uygulama alanı açıyor.

Tuzlu su elektrolizöründeki yeni çeliklerin performansı, tuzdan arındırılmış deniz suyundan hidrojen üretmek için yapısal parçalar olarak titanyumun kullanıldığı mevcut endüstriyel uygulamalarla karşılaştırılabilir. ekşiyeni çeliğin maliyeti ise çok daha ucuzdur.

Bu keşif dergide yayımlandı Bugünün malzemeleri. Araştırma başarıları şu anda birkaç ülkede patent başvurusunda bulunuyor ve bunlardan ikisi zaten lisanslı.

Korozyon direncinde devrim

Paslanmaz çelik, bir asır önceki keşfinden bu yana her zaman aşındırıcı ortamlarda yaygın olarak kullanılan önemli bir malzeme olmuştur. Krom, paslanmaz çeliğin korozyon direncinin belirlenmesinde önemli bir elementtir. Negatif film, kromun (Cr) oksidasyonu yoluyla oluşturulur ve paslanmaz çeliği doğal ortamlarda korur. Ne yazık ki, geleneksel krom bazlı tek pasivasyon mekanizması paslanmaz çelikteki ilerlemeyi durdurdu. Kararlı kromun daha fazla oksidasyonu nedeniyle₂Hey₃ Çözünür kroma (VI) SınıflandırmakGeleneksel paslanmaz çelikte ~1000 mV'de (doymuş kalomel elektrot, SCE) pasif korozyon kaçınılmaz olarak meydana gelir; bu, ~1600 mV'de su oksidasyonu için gereken potansiyelden daha düşüktür.

Profesör Mingxin Huang ve Dr. Kaiping Yu. Kredi bilgileri: Hong Kong Üniversitesi

Örneğin 254SMO süper paslanmaz çelik, krom bazlı korozyon önleyici alaşımlar arasında bir standarttır ve deniz suyunda çukurlaşmaya karşı üstün dirence sahiptir; Ancak geçici korozyon, daha yüksek potansiyellerde uygulanmasını sınırlar.

Profesör Huang'ın araştırma ekibi “sıralı çift pasifleştirme” stratejisi kullanarak SS-H romanını geliştirdi₂ Üstün korozyon direnci ile. Artı bir Cr₂Hey₃Manganez bazlı pasif katman Önceki krom bazlı katman üzerinde yaklaşık 720 mV'de ikincil bir manganez bazlı katman oluşur. Çift zincirli pasifleştirme mekanizması SS-H'yi önler₂ Klorür ortamındaki korozyondan 1700 mV'luk çok yüksek potansiyellere kadar. SS-H₂ Geleneksel paslanmaz çeliğe göre temel bir atılım gösterir.

Beklenmedik keşif ve potansiyel uygulamalar

“İlk başta buna inanmadık çünkü hakim görüş, manganın paslanmaz çeliğin korozyon direncini bozduğu yönündeydi. Manganez bazlı pasivasyon, sezgilere aykırı bir bulgudur ve korozyon bilimindeki mevcut bilgilerle açıklanamaz. Ancak, birkaçı Profesör Huang'ın doktorasının danışmanlığını üstlendiği makalenin ilk yazarı Dr. Kaiping Yu, “Sürpriz bir yana, bu mekanizmayı kullanmak için sabırsızlanıyoruz” dedi.

Ekip, yenilikçi paslanmaz çeliğin ilk keşfinden bilimsel anlayışta bir atılım gerçekleştirmeye ve nihayetinde resmi yayın ve endüstriyel uygulamaya hazırlanmaya kadar yaklaşık altı yılını bu çalışmaya adadı.

“Genel olarak normal potansiyellerdeki dirence odaklanan mevcut korozyon topluluğunun aksine, biz yüksek dirençli alaşımlar geliştirmede uzmanlaştık. Stratejimiz, geleneksel paslanmaz çeliklerin temel sınırlamalarının üstesinden geldi ve bunun için bir model oluşturdu.” Alaşım Yüksek potansiyelde uygulamalı geliştirme. Bu atılım heyecan verici ve yeni uygulamalar getiriyor” dedi Profesör Huang.

Günümüzde tuzdan arındırılmış deniz suyu veya asidik çözeltilerdeki su elektrolizörleri için yapısal bileşenler için Au veya Pt ile kaplanmış pahalı Ti gereklidir. Örneğin, 10 MW'lık bir PEM elektroliz tankı sisteminin şu andaki toplam maliyeti yaklaşık 17,8 milyon HK$'dır ve yapısal bileşenler toplam maliyetin %53'üne kadar katkıda bulunur. Profesör Huang'ın ekibinin yaptığı buluş, bu pahalı yapısal bileşenlerin daha ekonomik çelikle değiştirilmesini mümkün kılıyor. Tahminlere göre SS-H'nin istihdamı₂ Endüstriyel uygulamalarda önemli ilerleme kaydedilerek inşaat malzemelerinin maliyetinin yaklaşık 40 kat azaltılması bekleniyor.

“Su elektrolizörleri için deneysel malzemelerden ağ ve köpük gibi gerçek ürünlere kadar, elimizde hâlâ zorlu görevler var. Şu anda sanayileşme yolunda büyük bir adım attık. İşbirliğiyle tonlarca SS-H2 bazlı tel üretildi. kıyıdaki bir üreticiyle.” Ana.SS-H'nin daha ekonomik uygulanmasıyla ilerliyoruz.₂ Profesör Huang, “Yenilenebilir kaynaklardan hidrojen üretiminde” diye ekledi.

Referans: Kaiping Yu, Shihui Feng, Zhao Ding, Meng Guo, Peng Yu ve Mingxin Huang, 19 Ağustos 2023, “Su oksidasyonu üzerinde kullanılan paslanmaz çeliğin tasarımı için sıralı çift pasivasyon stratejisi”, Bugünün malzemeleri.
doi: 10.1016/j.mattod.2023.07.022