'Tak bisa dijelaskan' – Para ilmuwan mengungkap baja revolusioner SS-H2

Sebuah tim yang dipimpin oleh Profesor Mingxin Huang dari Departemen Teknik Mesin di Universitas Hong Kong telah mencapai kemajuan signifikan di bidang baja tahan karat. Inovasi terbaru ini berfokus pada pengembangan baja tahan karat yang dirancang untuk aplikasi hidrogen, yang dikenal dengan SS-H₂.

Pencapaian ini merupakan bagian dari proyek 'Baja Super' yang sedang berlangsung oleh Profesor Huang, yang sebelumnya mencapai tonggak sejarah dengan menciptakan perisai anti-radiasi.COVID-19 Baja tahan karat pada tahun 2021 dan pengembangan baja berkekuatan sangat tinggi dan berkekuatan tinggi pada tahun 2017 dan 2020.

Baja baru yang dikembangkan oleh tim ini menunjukkan ketahanan terhadap korosi yang tinggi, sehingga membuka potensi penerapan produksi hidrogen ramah lingkungan dari air laut, di mana solusi baru yang berkelanjutan masih dalam tahap pengembangan.

Kinerja baja baru dalam elektroliser air garam sebanding dengan praktik industri saat ini yang menggunakan titanium sebagai bagian struktural untuk menghasilkan hidrogen dari air laut desalinasi atau… kecutsedangkan harga baja baru jauh lebih murah.

Penemuan ini dipublikasikan di jurnal Materi hari ini. Prestasi penelitian saat ini sedang mengajukan paten di beberapa negara, dua di antaranya sudah mendapat lisensi.

Sebuah revolusi dalam ketahanan terhadap korosi

Sejak ditemukan satu abad yang lalu, baja tahan karat selalu menjadi material penting yang banyak digunakan di lingkungan korosif. Kromium merupakan elemen penting dalam menentukan ketahanan korosi baja tahan karat. Film negatif dibuat melalui oksidasi kromium (Cr) dan melindungi baja tahan karat di lingkungan alami. Sayangnya, mekanisme pasivasi tunggal berbasis kromium tradisional telah menghentikan kemajuan lebih lanjut dalam baja tahan karat. Karena oksidasi lebih lanjut dari kromium stabil₂Hai₃ Untuk melarutkan kromium (VI) Menggolongkankorosi pasif pasti terjadi pada baja tahan karat konvensional pada ~1000 mV (elektroda kalomel jenuh, SCE), yang lebih rendah dari potensi yang diperlukan untuk oksidasi air pada ~1600 mV.

Profesor Mingxin Huang dan Dr. Kaiping Yu. Kredit: Universitas Hong Kong

Misalnya, baja tahan karat super 254SMO adalah standar di antara paduan anti-korosi berbasis kromium dan memiliki ketahanan yang unggul terhadap lubang di air laut; Namun, korosi sementara membatasi penerapannya pada potensi yang lebih tinggi.

Dengan menggunakan strategi “pasivasi ganda berurutan”, tim peneliti Profesor Huang mengembangkan novel SS-H₂ Dengan ketahanan korosi yang unggul. Ditambah satu Kr₂Hai₃Lapisan pasif berbasis mangan Lapisan berbasis mangan sekunder terbentuk pada lapisan berbasis kromium sebelumnya pada tegangan sekitar 720 mV. Mekanisme pasivasi rantai ganda mencegah SS-H₂ Dari korosi pada medium klorida hingga potensi sangat tinggi yaitu 1700 mV. SS-H₂ Menunjukkan terobosan mendasar atas baja tahan karat tradisional.

Penemuan tak terduga dan penerapan potensial

“Awalnya, kami tidak percaya karena pendapat umum adalah bahwa mangan merusak ketahanan korosi pada baja tahan karat. Pasifasi berbasis mangan adalah temuan yang berlawanan dengan intuisi, dan tidak dapat dijelaskan oleh pengetahuan terkini dalam ilmu korosi. Namun, ketika beberapa orang hasil tingkat atom disajikan. “Selain kejutannya, kami tidak sabar untuk mengeksploitasi mekanisme ini,” kata Dr. Kaiping Yu, penulis pertama artikel tersebut, yang diawasi oleh PhD dari Profesor Huang.

Dari penemuan awal baja tahan karat yang inovatif hingga mencapai terobosan dalam pemahaman ilmiah, dan pada akhirnya mempersiapkan publikasi formal dan penerapan industrinya, tim ini mengabdikan hampir enam tahun untuk pekerjaan ini.

“Berbeda dengan komunitas korosi saat ini, yang terutama berfokus pada ketahanan pada potensial normal, kami mengkhususkan diri dalam mengembangkan paduan dengan ketahanan tinggi. Strategi kami telah mengatasi keterbatasan mendasar baja tahan karat konvensional dan menciptakan model untuk baja tahan karat konvensional. Paduan Pengembangan terapan dengan potensi tinggi. Terobosan ini menarik dan membawa penerapan baru,” kata Profesor Huang.

Saat ini, untuk elektroliser air dalam air laut desalinasi atau larutan asam, diperlukan Ti mahal yang dilapisi Au atau Pt untuk komponen strukturalnya. Misalnya, total biaya sistem tangki elektrolisis PEM 10 MW pada tahap saat ini adalah sekitar HK$17,8 juta, dan komponen struktural berkontribusi hingga 53% dari total biaya. Terobosan yang dilakukan tim Profesor Huang memungkinkan penggantian komponen struktural yang mahal ini dengan baja yang lebih ekonomis. Menurut perkiraan, pekerjaan SS-H₂ Hal ini diharapkan dapat mengurangi biaya bahan konstruksi sekitar 40 kali lipat, menunjukkan kemajuan yang signifikan dalam aplikasi industri.

“Dari bahan percobaan hingga produk nyata, seperti jaring dan busa, untuk elektroliser air, masih terdapat tantangan yang harus dihadapi. Saat ini, kami telah mengambil langkah besar menuju industrialisasi. Berton-ton kabel berbasis SS-H2 telah diproduksi melalui kerja sama dengan pabrikan darat.” Utama. Kami bergerak maju dengan penerapan SS-H yang lebih ekonomis₂ “Dalam produksi hidrogen dari sumber terbarukan,” tambah Profesor Huang.

Referensi: “Strategi pasivasi ganda berurutan untuk desain baja tahan karat yang digunakan pada oksidasi air” oleh Kaiping Yu, Shihui Feng, Zhao Ding, Meng Guo, Peng Yu, dan Mingxin Huang, 19 Agustus 2023, Materi hari ini.
doi: 10.1016/j.mattod.2023.07.022