'Inexplicable': los científicos presentan el revolucionario acero SS-H2

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 acero inoxidable diseñado para aplicaciones de hidrógeno, conocido como SS-H.₂.

El logro es parte del proyecto en curso 'Super Steel' del profesor Huang, que anteriormente logró hitos al crear un escudo antirradiación.COVID-19 Acero inoxidable en 2021 y desarrollo de acero de ultra alta resistencia y alta resistencia en 2017 y 2020.

El nuevo acero desarrollado por el equipo muestra una alta resistencia a la corrosión, lo que abre una 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 de los nuevos aceros en el electrolizador de agua salada es comparable a la práctica industrial actual que utiliza titanio como piezas estructurales para producir hidrógeno a partir de agua de mar desalinizada o… agriomientras que el coste del acero nuevo es mucho más económico.

Este descubrimiento fue publicado en la revista. Materiales hoy. Actualmente, los logros de la investigación están solicitando patentes en varios países, dos de los cuales ya han obtenido la licencia.

Una revolución en la resistencia a la corrosión

Desde su descubrimiento hace un siglo, el acero inoxidable siempre ha sido un material importante y ampliamente utilizado en ambientes corrosivos. El cromo es un elemento esencial para determinar la resistencia a la corrosión del acero inoxidable. La película negativa se crea mediante la oxidación del cromo (Cr) y protege el acero inoxidable en ambientes naturales. Desafortunadamente, el mecanismo tradicional de pasivación simple a base de cromo ha detenido el avance del acero inoxidable. Debido a una mayor oxidación del cromo estable.₂Ey₃ Al cromo soluble (VI) Clasificarla corrosión pasiva ocurre inevitablemente en el acero inoxidable convencional a ~1000 mV (electrodo de calomelanos saturados, 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

Por ejemplo, el acero súper inoxidable 254SMO es un estándar entre las aleaciones anticorrosión a base de cromo y tiene una resistencia superior a las picaduras en el agua de mar; Sin embargo, la corrosión transitoria limita su aplicación a potenciales más altos.

Utilizando una estrategia de «doble pasivación secuencial», el equipo de investigación del profesor Huang desarrolló el novedoso SS-H₂ Con resistencia superior a la corrosión. Más una cr₂Ey₃Capa pasiva a base de manganeso Se forma una capa secundaria a base de manganeso sobre la capa anterior a base de cromo a aproximadamente 720 mV. El mecanismo de pasivación de doble cadena evita que SS-H₂ Desde corrosión en medios clorados hasta potenciales muy altos de 1700 mV. SS-H₂ Muestra un avance fundamental sobre el acero inoxidable tradicional.

Descubrimiento inesperado y aplicaciones potenciales

«Al principio no lo creíamos, porque la opinión predominante era que el manganeso perjudica la resistencia a la corrosión del acero inoxidable. La pasivación basada en manganeso es un hallazgo contrario a la intuición y no puede explicarse con los conocimientos actuales en la ciencia de la corrosión. Sin embargo, cuando varios Se presentaron resultados a nivel atómico. «Además de la sorpresa, estamos ansiosos por explotar este mecanismo», dijo el Dr. Kaiping Yu, primer autor del artículo, a quien supervisa el doctorado del profesor Huang.

Desde el descubrimiento inicial del innovador acero inoxidable hasta lograr un gran avance en la comprensión científica y, en última instancia, prepararse para su publicación formal y 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 potenciales normales, nosotros nos especializamos en desarrollar aleaciones con alta resistencia. Nuestra estrategia ha superado las limitaciones fundamentales de los aceros inoxidables convencionales y ha creado un modelo para Aleación Desarrollo aplicado con alto potencial. Este avance es emocionante y trae nuevas aplicaciones», afirmó el profesor Huang.

Hoy en día, para los electrolizadores de agua en agua de mar desalinizada o soluciones ácidas, se requiere Ti, costoso, recubierto con Au o Pt para los componentes estructurales. Por ejemplo, el costo total de un sistema de tanque de electrólisis PEM de 10 MW en su etapa 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 del equipo del profesor Huang permite sustituir estos costosos componentes estructurales por acero más económico. Según estimaciones, el empleo de SS-H₂ Se espera que reduzca el costo de los materiales de construcción aproximadamente 40 veces, lo que demuestra un progreso significativo en las aplicaciones industriales.

«Desde materiales experimentales hasta productos reales, como mallas y espumas, para electrolizadores de agua, todavía quedan tareas desafiantes por delante. Actualmente, hemos dado un gran paso hacia la industrialización. Se han producido toneladas de cables a base de SS-H2 en cooperación con un fabricante terrestre”. Principal. Estamos avanzando con la aplicación más económica de SS-H.₂ «En la producción de hidrógeno a partir de fuentes renovables», añadió el profesor Huang.

Referencia: “Estrategia secuencial de doble pasivación para el diseño de acero inoxidable utilizado sobre oxidación con agua” por Kaiping Yu, Shihui Feng, Zhao Ding, Meng Guo, Peng Yu y Mingxin Huang, 19 de agosto de 2023. Materiales hoy.
doi: 10.1016/j.mattod.2023.07.022