„Unerklärlich“ – Wissenschaftler stellen den revolutionären Stahl SS-H2 vor

Ein Team unter der Leitung von Professor Mingxin Huang von der Fakultät für Maschinenbau der Universität Hongkong hat auf dem Gebiet des Edelstahls erhebliche Fortschritte erzielt. Diese neueste Innovation konzentriert sich auf die Entwicklung von Edelstahl für Wasserstoffanwendungen, bekannt als SS-H₂.

Die Errungenschaft ist Teil des laufenden „Super Steel“-Projekts von Professor Huang, das zuvor mit der Schaffung eines Strahlenschutzschildes Meilensteine ​​erreichte.COVID-19 Edelstahl im Jahr 2021 und die Entwicklung von ultrahochfestem und hochfestem Stahl in den Jahren 2017 und 2020.

Der vom Team entwickelte neue Stahl weist eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf und eröffnet potenzielle Anwendungsmöglichkeiten für die Produktion von grünem Wasserstoff aus Meerwasser, wo eine neue nachhaltige Lösung noch in der Entwicklung ist.

Die Leistung der neuen Stähle im Salzwasser-Elektrolyseur ist vergleichbar mit der aktuellen industriellen Praxis, bei der Titan als Strukturteile zur Herstellung von Wasserstoff aus entsalztem Meerwasser oder … verwendet wird. sauerwährend die Kosten für neuen Stahl viel günstiger sind.

Diese Entdeckung wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Materialien heute. Forschungsleistungen werden derzeit in mehreren Ländern zum Patent angemeldet, zwei davon wurden bereits lizenziert.

Eine Revolution in der Korrosionsbeständigkeit

Seit seiner Entdeckung vor einem Jahrhundert war Edelstahl immer ein wichtiges Material, das häufig in korrosiven Umgebungen eingesetzt wird. Chrom ist ein wesentliches Element für die Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl. Der Negativfilm entsteht durch Oxidation von Chrom (Cr) und schützt Edelstahl in natürlichen Umgebungen. Leider hat der traditionelle Einzelpassivierungsmechanismus auf Chrombasis den weiteren Fortschritt bei Edelstahl zum Stillstand gebracht. Durch weitere Oxidation von stabilem Chrom₂Hey₃ Zu löslichem Chrom (VI) KlassifizierenPassive Korrosion tritt in herkömmlichem Edelstahl zwangsläufig bei ~1000 mV (gesättigte Kalomelelektrode, SCE) auf, was niedriger ist als das für die Wasseroxidation erforderliche Potential bei ~1600 mV.

Professor Mingxin Huang und Dr. Kaiping Yu. Bildnachweis: Universität Hongkong

Beispielsweise ist Super-Edelstahl 254SMO ein Standard unter den Korrosionsschutzlegierungen auf Chrombasis und weist eine hervorragende Beständigkeit gegen Lochfraß in Meerwasser auf; Allerdings schränkt die vorübergehende Korrosion ihre Anwendung bei höheren Potentialen ein.

Mithilfe einer Strategie der „sequenziellen Doppelpassivierung“ entwickelte das Forschungsteam von Professor Huang das neuartige SS-H₂ Mit hervorragender Korrosionsbeständigkeit. Plus ein Cr₂Hey₃Passivschicht auf Manganbasis Eine sekundäre Schicht auf Manganbasis bildet sich auf der vorherigen Schicht auf Chrombasis bei etwa 720 mV. Der Doppelketten-Passivierungsmechanismus verhindert SS-H₂ Von Korrosion im Chloridmedium bis zu sehr hohen Potentialen von 1700 mV. SS-H₂ Zeigt einen grundlegenden Durchbruch gegenüber herkömmlichem Edelstahl.

Unerwartete Entdeckung und mögliche Anwendungen

„Zuerst haben wir es nicht geglaubt, weil die vorherrschende Meinung war, dass Mangan die Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl beeinträchtigt. Die Passivierung auf Manganbasis ist ein kontraintuitiver Befund und kann mit dem aktuellen Wissensstand in der Korrosionswissenschaft nicht erklärt werden. Allerdings sind mehrere Ergebnisse auf atomarer Ebene wurden präsentiert „Abgesehen von der Überraschung können wir es kaum erwarten, diesen Mechanismus auszunutzen“, sagte Dr. Kaiping Yu, Erstautor des Artikels, den Professor Huang mit seiner Doktorarbeit betreut.

Von der ersten Entdeckung des innovativen Edelstahls bis zum Durchbruch im wissenschaftlichen Verständnis und schließlich der Vorbereitung seiner formellen Veröffentlichung und industriellen Anwendung widmete das Team der Arbeit fast sechs Jahre.

„Im Gegensatz zur aktuellen Korrosionsgemeinschaft, die sich hauptsächlich auf die Beständigkeit bei Normalpotentialen konzentriert, sind wir auf die Entwicklung von Legierungen mit hoher Beständigkeit spezialisiert. Unsere Strategie hat die grundlegenden Einschränkungen herkömmlicher rostfreier Stähle überwunden und ein Modell dafür geschaffen.“ Legierung Angewandte Entwicklung mit hohem Potenzial. „Dieser Durchbruch ist aufregend und bringt neue Anwendungen mit sich“, sagte Professor Huang.

Heutzutage wird für Wasserelektrolyseure in entsalztem Meerwasser oder sauren Lösungen teures, mit Au oder Pt beschichtetes Ti für die Strukturkomponenten benötigt. Beispielsweise belaufen sich die Gesamtkosten eines 10-MW-PEM-Elektrolysetanksystems in der aktuellen Phase auf etwa 17,8 Mio. HK$, und die Strukturkomponenten tragen bis zu 53 % zu den Gesamtkosten bei. Der Durchbruch des Teams von Professor Huang ermöglicht es, diese teuren Strukturbauteile durch wirtschaftlicheren Stahl zu ersetzen. Schätzungen zufolge ist der Einsatz von SS-H₂ Es wird erwartet, dass die Kosten für Baumaterialien um etwa das 40-fache gesenkt werden, was einen erheblichen Fortschritt bei industriellen Anwendungen darstellt.

„Von experimentellen Materialien bis hin zu realen Produkten wie Netzen und Schäumen für Wasserelektrolyseure stehen noch anspruchsvolle Aufgaben an. Derzeit haben wir einen großen Schritt in Richtung Industrialisierung gemacht. In Zusammenarbeit wurden Tonnen von Drähten auf SS-H2-Basis hergestellt.“ mit einem Onshore-Hersteller.“ Main.Wir treiben den wirtschaftlicheren Einsatz von SS-H voran₂ „Bei der Wasserstoffproduktion aus erneuerbaren Quellen“, fügte Professor Huang hinzu.

Referenz: „Sequentielle Doppelpassivierungsstrategie für das Design von Edelstahl gegenüber Wasseroxidation“ von Kaiping Yu, Shihui Feng, Zhao Ding, Meng Guo, Peng Yu und Mingxin Huang, 19. August 2023, Materialien heute.
doi: 10.1016/j.mattod.2023.07.022