Loại thép siêu bền mới chống gỉ vượt trội rẻ hơn 40 lần

Dưới sự dẫn dắt của GS Mingxin Huang thuộc Khoa Cơ khí của Đại học Hồng Kông, nhóm đã tạo ra thép không gỉ dành cho hydro SS-H2, một vật liệu được thiết kế để chống lại sự ăn mòn nghiêm trọng trong những điều kiện mà thép không gỉ thông thường không thể chịu được. Ví dụ như trong các hệ thống sản xuất hydro xanh bằng nước biển, thiết bị được sử dụng cho quá trình điện phân phải chịu được các điều kiệnkhắc nghiệt, đặc biệt là khi có sự tham gia của muối..

Loại thép không gỉ mới chịu được điện thế 1700mV nhưng rẻ hơn titan 40 lần.

Trong thiết bị điện phân nước mặn, loại thép mới này cho hiệu suất tương đương với các cấu kiện kết cấu bằng titan hiện đang được sử dụng để sản xuất hydro từ nước biển đã khử muối hoặc dung dịch axit. Sự khác biệt chính nằm ở chi phí. SS-H2 có giá thành thấp hơn đáng kể.

Quy trình thụ động hóa kép tuần tự để thiết kế ra loại thép không gỉ mới.

Nhóm của GS Huang đã tìm ra cách khắc phục hạn chế đó bằng cách thay vì chỉ dựa vào lớp oxit crom bảo vệ truyền thống, SS-H2 phát triển thêm một lớp bảo vệ khác. Lớp thứ hai này dựa trên mangan và bắt đầu hình thành ở khoảng ~720 mV.

Sự kết hợp của hai lớp này giúp thép chống lại sự ăn mòn trong môi trường chứa clorua ở điện thế lên tới 1700 mV. Clorua, có nhiều trong nước biển, đặc biệt gây hại cho nhiều kim loại và có thể gây ra ăn mòn cục bộ.

Việc đạt được điện thế 1700 mV rất quan trọng vì nó đưa vật liệu vượt qua điện thế cần thiết cho quá trình oxy hóa nước. Do đó, các nhà nghiên cứu coi SS-H2 là một bước tiến cơ bản so với thép không gỉ thông thường.

Điều khiến kết quả này đặc biệt ấn tượng là vai trò của mangan. Theo truyền thống, mangan được coi là có hại cho khả năng chống ăn mòn của thép không gỉ.

TS Kaiping Yu (trái) và GS Mingxin Huang ra mắt loại thép mới.

Các thiết bị điện phân hoạt động với nước biển đã khử muối hoặc dung dịch axit hiện nay cần các bộ phận bằng titan đắt tiền được phủ vàng hoặc bạch kim.

Theo các nhà nghiên cứu, một hệ thống bể điện phân màng trao đổi proton (PEM) công suất 10 megawatt hiện có giá khoảng 17,8 triệu đô la Hồng Kông. Các cấu kiện kết cấu có thể chiếm tới 53% tổng chi phí hệ thống.

Các nhà nghiên cứu tin rằng SS-H2 có thể thay thế một số thành phần đắt tiền đó bằng loại thép tiết kiệm hơn nhiều. Ước tính của họ cho thấy việc sử dụng vật liệu mới này có thể giảm chi phí vật liệu kết cấu khoảng 40 lần, mang lại tiềm năng đáng kể cho sản xuất hydro công nghiệp.

Cách loại thép không gỉ mới SS-H2 tạo ra hydro trong nước muối.