Los científicos han desarrollado un acero inoxidable de conexión a tierra para la producción de hidrógeno, SS-H2, que ofrece una resistencia a la corrosión y una rentabilidad superiores en comparación con el titanio. Esta innovación reduce significativamente los costos de materiales en los electrolizadores de agua, allanando el camino para una producción de hidrógeno más asequible a partir de fuentes renovables. Un novedoso acero inoxidable para hidrógeno desarrollado por el equipo. Crédito: Universidad de Hong Kong
Un equipo dirigido por el profesor Mingxin Huang del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Hong Kong ha logrado avances significativos en el campo del acero inoxidable. Esta última innovación se centra en el desarrollo de un acero inoxidable diseñado para aplicaciones de hidrógeno denominado SS-H.2.
El logro es parte del proyecto en curso ‘Super Steel’ del profesor Huang, que anteriormente había logrado hitos importantes con la antiestructura.
» data-gt-translate-attributes=»({«attribute»:»data-cmtooltip», «format»:»html»})» tabindex=»0″ role=»link»>COVID-19 Desarrollo de acero inoxidable en 2021 y acero súper resistente y ultrarresistente en 2017 y 2020.
El nuevo acero desarrollado por el equipo exhibe una alta resistencia a la corrosión, lo que permite su aplicación potencial para la producción de hidrógeno verde a partir de agua de mar, donde todavía se está desarrollando una nueva solución sostenible.
El rendimiento del nuevo acero en un electrolizador de salmuera es comparable a la práctica industrial actual que utiliza titanio como componentes estructurales para producir hidrógeno a partir de agua de mar desalada o
» data-gt-translate-attributes=»({«attribute»:»data-cmtooltip», «format»:»html»})» tabindex=»0″ role=»link»>ÁcidoEl costo del acero nuevo es mucho más económico.
El descubrimiento fue publicado en la revista. Materiales hoy. Los logros de la investigación actualmente están solicitando patentes en muchos países y dos de ellas ya han sido concedidas.
Revolucionando la resistencia a la corrosión
Desde su invención hace más de un siglo, el acero inoxidable siempre ha sido un material importante y ampliamente utilizado en ambientes corrosivos. El cromo es un elemento esencial para establecer la resistencia a la corrosión del acero inoxidable. La película pasiva se produce por oxidación del cromo (Cr) y protege el acero inoxidable en el entorno natural. Desafortunadamente, este mecanismo tradicional de una sola pasada basado en Cr ha detenido el avance del acero inoxidable. debido a una mayor oxidación del Cr fijado2oh3 en Cr(VI) soluble.
» data-gt-translate-attributes=»({«attribute»:»data-cmtooltip», «format»:»html»})» tabindex=»0″ role=»link»>EspecieLa corrosión transpasiva ocurre inevitablemente en acero inoxidable convencional a ~1000 mV (electrodo de calomel saturado, SCE), que es menor que el potencial requerido para la oxidación del agua a ~1600 mV.
Profesor Mingxin Huang y Dr. Kaiping Yu Crédito: Universidad de Hong Kong
El acero inoxidable 254SMO Super, por ejemplo, es el estándar entre las aleaciones anticorrosión a base de Cr y tiene una excelente resistencia a las picaduras en agua de mar; Sin embargo, la corrosión transpasiva limita su aplicación a potenciales altos.
Utilizando la técnica de «pasivación dual secuencial», el equipo de investigación del profesor Huang desarrolló un nuevo SS-H.2 Con resistencia superior a la corrosión. Con un solo CR2oh3Capa de pasivación basada en Mn, se forma una capa secundaria basada en Mn encima de la capa anterior basada en Cr a ~720 mV. Un mecanismo secuencial de pasivación dual evita que SS-H2 a potenciales ultra altos de 1700 mV debido a la corrosión en medios de cloruro. SS-H2 Demuestra un avance fundamental sobre el acero inoxidable convencional.
Descubrimiento inesperado y aplicaciones potenciales
«Al principio no lo creíamos, porque la opinión predominante es que el Mn debilita la resistencia a la corrosión del acero inoxidable. La pasivación basada en Mn es un hallazgo contrario a la intuición que no puede explicarse con los conocimientos actuales en la ciencia de la corrosión. Sin embargo, cuando varios átomos- Cuando se presentaron resultados de nivel, estábamos convencidos. Además de sorprendernos, esperamos para explotar el mecanismo. No es posible», afirmó el primer autor del artículo, el Dr. Kaiping Yu, cuyo doctorado está supervisado por el profesor Huang.
Desde el descubrimiento inicial del innovador acero inoxidable hasta los avances en la comprensión científica y, finalmente, la preparación para la publicación oficial y, con suerte, su aplicación industrial, el equipo dedicó casi seis años al trabajo.
«A diferencia de la comunidad actual de corrosión, que se centra principalmente en la resistencia a los potenciales naturales, nos especializamos en el desarrollo de aleaciones resistentes a un alto potencial. Nuestra técnica supera la limitación fundamental del acero inoxidable convencional y establece un paradigma
» data-gt-translate-attributes=»({«attribute»:»data-cmtooltip», «format»:»html»})» tabindex=»0″ role=»link»>aleación Desarrollo aplicado en capacidades superiores. Este progreso es apasionante y trae nuevas aplicaciones. Dijo el profesor Huang.
Actualmente, para los electrolizadores de agua en agua de mar desalada o soluciones ácidas, los componentes estructurales requieren costosos Ti recubiertos de Au o Pt. Por ejemplo, el costo total de un sistema de tanque de electrólisis PEM de 10 MW en su fase actual es de aproximadamente 17,8 millones de dólares de Hong Kong, y los componentes estructurales contribuyen hasta el 53% del costo total. El avance logrado por el equipo del profesor Huang permite sustituir estos costosos componentes estructurales por acero más económico. Según lo estimado, el empleo de SS-H2 Se espera que el coste de los materiales estructurales se reduzca unas 40 veces, lo que muestra un gran potencial para aplicaciones industriales.
“Aún queda un trabajo desafiante por hacer, desde materiales experimentales hasta productos reales como mallas y espumas para electrolizadores de agua. Actualmente, hemos dado un gran paso hacia la industrialización. Se han producido toneladas de alambre a base de SS-H2 en colaboración con la fábrica de Mainland. Seguimos aplicando el SS-H más económico.2 en la producción de hidrógeno a partir de fuentes renovables”, añadió el profesor Huang.
Cita: «Técnica secuencial de pasivación dual para diseñar acero inoxidable utilizada mediante oxidación con agua» por Kaiping Yu, Shihui Feng, Chao Ding, Meng Gu, Peng Yu y Mingxin Huang, 19 de agosto de 2023. Materiales hoy.
DOI: 10.1016/j.mattod.2023.07.022
