Инновационная нержавеющая сталь может решить одну из ключевых задач в производстве «зеленого» водорода — разработка электролизеров, которые будут достаточно прочными для работы с морской водой и при этом доступными для массового использования.
Группа специалистов Гонконгского университета, возглавляемая профессором Минсинем Хуаном, разработала материал SS-H2, который обладает высокой коррозионной стойкостью в условиях, где даже нержавеющая сталь часто выходит из строя. Это открытие является частью долгосрочного проекта, в рамках которого ранее были созданы антикоронавирусная нержавеющая сталь и сверхпрочные сплавы.
«Зеленый» водород получается путем расщепления воды на водород и кислород с использованием электричества от возобновляемых источников. Морская вода выглядит идеальным сырьем ввиду своей доступности, однако соль и побочные реакции быстро повреждают электролизеры. В настоящее время в промышленности применяются титановые компоненты с покрытием из драгоценных металлов — золота или платины. Это надежно, но весьма затратно.
По оценкам экспертов, для системы электролиза мощностью 10 мегаватт общая стоимость составляет около 17,8 миллиона гонконгских долларов, при этом на структурные компоненты уходит до 53% затрат. Замена этих элементов на SS-H2 может снизить стоимость материалов примерно в 40 раз.
Обычная нержавеющая сталь защищает себя за счет хрома, который при окислении формирует тонкую пассивную пленку на поверхности детали. Однако такая защита имеет свои ограничения: при высоких электрических потенциалах хромовый слой разрушается при напряжении около 1000 милливольт, тогда как для расщепления воды необходимо около 1600 милливольт.
Решением оказалась стратегия «последовательной двойной пассивации». Вместо единственного хромового барьера SS-H2 формирует второй защитный слой на основе марганца, который образуется поверх хромового при напряжении около 720 милливольт. Эта двойная защита позволяет новому материалу выдерживать потенциалы до 1700 милливольт в среде с хлоридами.
«Сначала мы не могли в это поверить, поскольку существует распространенное мнение, что марганец ухудшает коррозионную стойкость нержавеющей стали. Поэтому наше открытие является настоящим парадоксом, и его невозможно объяснить современными знаниями в области коррозии», — заявил соавтор разработки, доктор Кайпин Юй.
Путь от первого наблюдения до публикации занял почти шесть лет, однако результаты этой научной работы уже вышли за пределы лаборатории: поданы патентные заявки в нескольких странах, получены два патента, а тонны проволоки из SS-H2 уже производятся на заводе в материковом Китае. «От экспериментальных материалов до реальных продуктов для электролизеров воды еще предстоит решить множество задач. Но значительный шаг к масштабированию нашего изобретения уже сделан», — отметил профессор Хуан.
Фото: hi-tech.mail.ru