「説明できない」 – 科学者が革新的な鋼材 SS-H2 を発表

香港大学機械工学部のミンシン・ファン教授が率いるチームは、ステンレス鋼の分野で大きな進歩を遂げた。 この最新のイノベーションは、SS-H として知られる水素用途向けに設計されたステンレス鋼の開発に焦点を当てています。₂。

この成果は、黄教授が現在進行中の「スーパースチール」プロジェクトの一環であり、以前は抗放射線シールドを作成することでマイルストーンを達成していた。COVID-19（新型コロナウイルス感染症 2021年はステンレス鋼、2017年と2020年は超高強度・高張力鋼の開発。

同チームが開発した新しい鋼は高い耐食性を示し、海水からのグリーン水素製造への応用の可能性を切り開き、新たな持続可能なソリューションはまだパイプラインにある。

塩水電解槽における新しい鋼の性能は、脱塩海水から水素を生成する構造部品としてチタンを使用する現在の工業的慣行に匹敵します。 酸っぱい、一方、新しい鋼のコストははるかに安いです。

この発見は雑誌に掲載されました 今日の資料。 研究成果は現在数か国で特許を申請中であり、そのうち2か国はすでにライセンスを取得している。

耐食性の革命

1 世紀前の発見以来、ステンレス鋼は常に腐食環境で広く使用される重要な材料であり続けています。 クロムはステンレス鋼の耐食性を決定するのに不可欠な元素です。 ネガフィルムはクロム（Cr）の酸化によって生成され、自然環境下でステンレススチールを保護します。 残念ながら、従来のクロムベースの単一不動態化メカニズムにより、ステンレス鋼のさらなる進歩が止まってしまいました。 安定したクロムがさらに酸化するため₂おい₃ 溶解性クロム(VI)へ 分類する従来のステンレス鋼では、~1000 mV (飽和カロメル電極、SCE) で受動的腐食が必然的に発生します。これは、水の酸化に必要な電位 ~1600 mV よりも低いです。

ミンシン・ファン教授とカイピン・ユー博士。 クレジット: 香港大学

例えば、254SMOスーパーステンレス鋼はクロム系耐食合金の標準であり、海水中での耐孔食性に優れています。 ただし、一時的な腐食により、高電位での用途が制限されます。

黄教授の研究チームは、「逐次二重不動態化」戦略を使用して、新しい SS-H を開発しました。₂ 耐食性に優れています。 プラス 1 Cr₂おい₃マンガンベースの不動態層 二次マンガンベースの層が、約 720 mV で前のクロムベースの層上に形成されます。 二重鎖不動態化メカニズムにより SS-H を防止₂ 塩化物媒体での腐食から 1700 mV の非常に高い電位まで。 SS-H₂ 従来のステンレス鋼を超える根本的な進歩を示します。

予期せぬ発見と応用の可能性

「当初、私たちはそれを信じていませんでした。なぜなら、マンガンはステンレス鋼の耐食性を損なうというのが一般的な意見だったからです。マンガンベースの不動態化は直観に反する発見であり、現在の腐食科学の知識では説明できません。しかし、いくつかの研究が行われると、 「驚きのほかに、このメカニズムを利用するのが待ちきれません」と、この論文の筆頭著者であり、黄教授の博士号が指導しているカイピン・ユー博士は述べた。

革新的なステンレス鋼の最初の発見から科学的理解のブレークスルーの達成、そして最終的には正式な出版と産業応用の準備に至るまで、チームは 6 年近くをこの研究に費やしました。

「通常の電位での抵抗に主に焦点を当てている現在の腐食コミュニティとは異なり、私たちは高抵抗を備えた合金の開発に特化しています。私たちの戦略は、従来のステンレス鋼の根本的な限界を克服し、耐腐食性のモデルを作成しました。 合金 高い可能性を秘めた応用開発。 この画期的な進歩は刺激的であり、新たな応用をもたらします」と黄教授は語った。

現在、脱塩海水や酸性溶液を使用する水電解装置には、構造部品として、Au または Pt でコーティングされた高価な Ti が必要です。 たとえば、現段階での 10 MW PEM 電解タンク システムの総コストは約 1,780 万香港ドルで、構造コンポーネントが総コストの最大 53% を占めています。 黄教授のチームによる画期的な進歩により、これらの高価な構造コンポーネントをより経済的な鋼材に置き換えることが可能になりました。 推定によると、SS-H の採用は₂ 建設資材のコストが約40分の1に削減されることが期待されており、産業利用において大きな進歩が見られます。

「水電解装置用の実験材料からメッシュやフォームなどの実際の製品に至るまで、依然として困難な課題が目の前にあります。現在、私たちは工業化に向けて大きな一歩を踏み出しました。協力して何トンものSS-H2ベースのワイヤが生産されています」 Main.SS-Hのより経済的な適用を進めています。₂ 「再生可能資源からの水素製造において」と黄教授は付け加えた。

参考文献：「水酸化で使用されるステンレス鋼の設計のための逐次二重不動態化戦略」Kaiping Yu、Shihui Feng、Zhao Ding、Meng Guo、Peng Yu、Mingxin Huang、2023 年 8 月 19 日、 今日の資料。
土井: 10.1016/j.mattod.2023.07.022