“No se puede explicar”: los científicos revelan el revolucionario acero SS-H2

Un equipo dirigido por el profesor Mingxin Huang del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Hong Kong ha logrado un avance significativo en el campo del acero inoxidable. Esta reciente innovación se centra en el desarrollo de acero inoxidable diseñado para aplicaciones de hidrógeno, conocido como SS-H.₂.

Este logro es parte del proyecto en curso «Super Steel» del profesor Huang, que anteriormente logró hitos notables con la creación de anti-acero.COVID-19 acero inoxidable en 2021 y el desarrollo de Super Steel ultrarresistente y ultrarresistente en 2017 y 2020.

El nuevo acero desarrollado por el equipo muestra una alta resistencia a la corrosión, lo que permite su aplicación potencial para la producción de hidrógeno verde a partir de agua de mar, donde todavía se está preparando una nueva solución sostenible.

El rendimiento del nuevo electrolizador de acero para agua salada es comparable a la práctica industrial actual que utiliza titanio como piezas estructurales para producir hidrógeno a partir de agua de mar desalinizada o ácidomientras que el coste del acero nuevo es mucho más económico.

El descubrimiento fue publicado en la revista. Los materiales hoy. Los resultados de la investigación están actualmente solicitando patentes en varios países y dos de ellos ya han obtenido la autorización.

Revolucionar la resistencia a la corrosión

Desde su descubrimiento hace un siglo, el acero inoxidable siempre ha sido un material importante y ampliamente utilizado en ambientes corrosivos. El cromo es un elemento esencial para establecer la resistencia a la corrosión del acero inoxidable. La película pasiva se genera mediante la oxidación del cromo (Cr) y protege el acero inoxidable en ambientes naturales. Desgraciadamente, este mecanismo convencional de pasivación única basado en Cr ha bloqueado el avance del acero inoxidable. Debido a una mayor oxidación del Cr estable₂O₃ en Cr(VI) soluble. especiesLa corrosión transpasiva ocurre inevitablemente en el acero inoxidable convencional a ~1000 mV (electrodo de calomelanos saturados, SCE), que es menor que el potencial requerido para la oxidación del agua a ~1600 mV.

Profesor Mingxin Huang y Dr. Kaiping Yu. Crédito: Universidad de Hong Kong

El acero súper inoxidable 254SMO, por ejemplo, es un punto de referencia entre las aleaciones anticorrosivas a base de Cr y tiene una resistencia superior a las picaduras en agua de mar; sin embargo, la corrosión transpasiva limita su aplicación a potenciales más altos.

Utilizando una estrategia de «doble pasivación secuencial», el grupo de investigación del profesor Huang desarrolló el nuevo SS-H₂ con resistencia superior a la corrosión. Además del sencillo Cr₂O₃En la capa pasiva basada en Cr, se forma una capa secundaria basada en Mn sobre la capa anterior basada en Cr a ~720 mV. El mecanismo secuencial de doble pasivación evita que SS-H₂ de la corrosión en medios de cloruro a un potencial ultra alto de 1700 mV. El SS-H₂ demuestra un avance fundamental en comparación con el acero inoxidable convencional.

Descubrimientos inesperados y aplicaciones potenciales

“Al principio no lo creíamos porque la opinión predominante es que el Mn compromete la resistencia a la corrosión del acero inoxidable. La pasivación basada en Mn es un descubrimiento contrario a la intuición, que no puede explicarse con los conocimientos actuales en la ciencia de la corrosión. Sin embargo, cuando se presentaron numerosos resultados a nivel atómico, quedamos convencidos. Además de sorprendernos, estamos deseando explotar el mecanismo”, afirmó el Dr. Kaiping Yu, primer autor del artículo, cuyo doctorado está supervisado por el profesor Huang.

Desde el descubrimiento inicial del innovador acero inoxidable hasta lograr un gran avance en la comprensión científica, pasando por la preparación para la publicación oficial y, con suerte, su aplicación industrial, el equipo pasó casi seis años trabajando.

“A diferencia de la actual comunidad de corrosión, que se centra principalmente en la resistencia a los potenciales naturales, nosotros nos especializamos en el desarrollo de aleaciones resistentes de alto potencial. Nuestra estrategia ha superado las limitaciones fundamentales del acero inoxidable convencional y ha establecido un paradigma para ello. Liga desarrollo aplicable a altos potenciales. Este avance es emocionante y trae nuevas aplicaciones». Dijo el profesor Huang.

Actualmente, para los electrolizadores de agua en agua de mar desalinizada o soluciones ácidas, se requiere un costoso Ti recubierto de Au o Pt para los componentes estructurales. Por ejemplo, el costo total de un sistema de tanque de electrólisis PEM de 10 megavatios en su fase actual es de aproximadamente 17,8 millones de dólares de Hong Kong, y los componentes estructurales contribuyen hasta el 53% del gasto total. El avance logrado por el equipo del profesor Huang permite sustituir estos costosos componentes estructurales por acero más barato. Según lo estimado, el uso de SS-H₂ Se espera que reduzca el costo del material estructural aproximadamente 40 veces, lo que representa una gran ventaja para aplicaciones industriales.

“Desde materiales experimentales hasta productos reales, como redes y espumas, pasando por electrolizadores de agua, todavía quedan tareas desafiantes por delante. Ahora hemos dado un gran paso hacia la industrialización. Se produjeron toneladas de hilo a base de SS-H2 en colaboración con una fábrica del continente. Avanzamos en la aplicación del SS-H más económico₂ en la producción de hidrógeno a partir de fuentes renovables”, añadió el profesor Huang.

Referencia: “Una estrategia secuencial de doble pasivación para el diseño de acero inoxidable utilizado por encima de la oxidación con agua” por Kaiping Yu, Shihui Feng, Chao Ding, Meng Gu, Peng Yu y Mingxin Huang, 19 de agosto de 2023, Los materiales hoy.
DOI: 10.1016/j.mattod.2023.07.022