'Inexplicável' – Cientistas revelam o revolucionário aço SS-H2

Os cientistas desenvolveram um aço inoxidável pioneiro para a produção de hidrogênio, o SS-H2, que oferece resistência à corrosão e economia superiores em comparação ao titânio. Esta inovação poderá reduzir significativamente os custos dos materiais utilizados na eletrólise da água, abrindo caminho para a produção acessível de hidrogénio a partir de fontes renováveis. Acima está o novo aço inoxidável hidrogênio desenvolvido pela equipe. Crédito: Universidade de Hong Kong

Uma equipe liderada pelo professor Mingxin Huang, do Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade de Hong Kong, fez progressos significativos na área de aço inoxidável. Esta última inovação concentra-se no desenvolvimento de aço inoxidável projetado para aplicações de hidrogênio, conhecido como SS-H₂.

A conquista faz parte do projeto ‘Super Steel’ em andamento do professor Huang, que anteriormente alcançou marcos ao criar um escudo anti-radiação.COVID-19 Aço inoxidável em 2021 e o desenvolvimento de aços de ultra-alta e alta resistência em 2017 e 2020.

O novo aço desenvolvido pela equipe apresenta alta resistência à corrosão, abrindo potencial para aplicação na produção de hidrogênio verde a partir da água do mar, onde uma nova solução sustentável ainda está em desenvolvimento.

O desempenho dos novos aços no eletrolisador de água salgada é comparável à prática industrial atual que utiliza titânio como peças estruturais para produzir hidrogênio a partir de água do mar dessalinizada ou… azedoenquanto o custo do aço novo é muito mais barato.

Esta descoberta foi publicada na revista Materiais hoje. Os resultados da investigação estão actualmente a requerer patentes em vários países, dois dos quais já foram licenciados.

Uma revolução na resistência à corrosão

Desde a sua descoberta, há um século, o aço inoxidável sempre foi um material importante e amplamente utilizado em ambientes corrosivos. O cromo é um elemento essencial na determinação da resistência à corrosão do aço inoxidável. O filme negativo é criado através da oxidação do cromo (Cr) e protege o aço inoxidável em ambientes naturais. Infelizmente, o mecanismo tradicional de passivação única à base de cromo interrompeu o progresso no aço inoxidável. Devido à oxidação adicional do cromo estável₂Ei₃ Para cromo solúvel (VI) Classificara corrosão passiva ocorre inevitavelmente em aço inoxidável convencional a ~1000 mV (eletrodo de calomelano saturado, SCE), que é inferior ao potencial necessário para a oxidação da água a ~1600 mV.

Professor Mingxin Huang e Dr. Crédito: Universidade de Hong Kong

Por exemplo, o super aço inoxidável 254SMO é um padrão entre as ligas anticorrosivas à base de cromo e tem resistência superior à corrosão na água do mar; No entanto, a corrosão transitória limita a sua aplicação em potenciais mais elevados.

Usando uma estratégia de “passivação dupla sequencial”, a equipe de pesquisa do professor Huang desenvolveu o novo SS-H₂ Com resistência superior à corrosão. Mais um Cr₂Ei₃Camada passiva à base de manganês Uma camada secundária à base de manganês se forma na camada anterior à base de cromo a aproximadamente 720 mV. O mecanismo de passivação de cadeia dupla evita SS-H₂ Desde corrosão em meios de cloreto até potenciais muito elevados de 1700 mV. SS-H₂ Mostra um avanço fundamental em relação ao aço inoxidável tradicional.

Descoberta inesperada e aplicações potenciais

“No início, não acreditávamos porque a opinião predominante era que o manganês prejudica a resistência à corrosão do aço inoxidável. A passivação à base de manganês é uma descoberta contra-intuitiva e não pode ser explicada pelo conhecimento atual na ciência da corrosão. No entanto, quando vários foram apresentados resultados em nível atômico “Além da surpresa, mal podemos esperar para explorar esse mecanismo”, disse o Dr. Kaiping Yu, primeiro autor do artigo, supervisionado pelo PhD do Professor Huang.

Desde a descoberta inicial do inovador aço inoxidável até alcançar um avanço na compreensão científica e, finalmente, preparar-se para a sua publicação formal e aplicação industrial, a equipa dedicou quase seis anos ao trabalho.

“Ao contrário da atual comunidade de corrosão, que se concentra principalmente na resistência em potenciais normais, nos especializamos no desenvolvimento de ligas com alta resistência. Nossa estratégia superou as limitações fundamentais dos aços inoxidáveis ​​convencionais e criou um modelo para Liga Desenvolvimento aplicado com alto potencial. Esta descoberta é emocionante e traz novas aplicações”, disse o professor Huang.

Hoje em dia, para eletrolisadores de água em água do mar dessalinizada ou soluções ácidas, é necessário Ti revestido com Au ou Pt caro para os componentes estruturais. Por exemplo, o custo total de um sistema de tanque de eletrólise PEM de 10 MW em seu estágio atual é de aproximadamente HK$ 17,8 milhões, e os componentes estruturais contribuem com até 53% do custo total. A descoberta da equipe do professor Huang torna possível substituir esses componentes estruturais caros por aço mais econômico. Segundo estimativas, o emprego de SS-H₂ Espera-se que reduza o custo dos materiais de construção em aproximadamente 40 vezes, demonstrando um progresso significativo nas aplicações industriais.

“De materiais experimentais a produtos reais, como malhas e espumas, para eletrolisadores de água, ainda existem tarefas desafiadoras. Atualmente, demos um grande passo em direção à industrialização. Toneladas de fios à base de SS-H2 foram produzidos em cooperação com um fabricante onshore.” Principal. Estamos avançando com a aplicação mais econômica do SS-H₂ “Na produção de hidrogênio a partir de fontes renováveis”, acrescentou o professor Huang.

Referência: “Estratégia de passivação dupla sequencial para o projeto de aço inoxidável usado sobre oxidação de água” por Kaiping Yu, Shihui Feng, Zhao Ding, Meng Guo, Peng Yu e Mingxin Huang, 19 de agosto de 2023, Materiais hoje.
doi: 10.1016/j.mattod.2023.07.022