Profesor Mingxin Huang y Dr. Kaiping Yu
Esto marca otro logro importante del equipo del profesor Huang en su proyecto ‘Super Steel’, tras el desarrollo del acero inoxidable anti-COVID-19 en 2021, y del Super Steel ultrafuerte y ultrarresistente en 2017 y 2020 respectivamente.
El nuevo acero desarrollado por el equipo exhibe 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 desarrollando una nueva solución sostenible.
El rendimiento del nuevo acero en un electrolizador de agua salada es comparable a la práctica industrial actual que utiliza titanio como piezas estructurales para producir hidrógeno a partir de agua de mar desalada o ácido, mientras que el coste del nuevo acero es mucho más económico.
El descubrimiento ha sido publicado en Materiales hoy en el artículo titulado “Una estrategia secuencial de pasivación dual para diseñar acero inoxidable utilizado por encima de la oxidación con agua”. Los logros de la investigación actualmente están solicitando patentes en varios países, y dos de ellos ya han obtenido la autorización.
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. Desafortunadamente, este mecanismo convencional de pasivación única basado en Cr ha detenido el avance del acero inoxidable. Debido a la mayor oxidación del Cr estable2oh3 En especies de Cr(VI) solubles, la corrosión transpasiva ocurre inevitablemente en acero inoxidable convencional a ~1000 mV (electrodo de calomelanos saturados, SCE), que está por debajo del potencial requerido para la oxidación del agua a ~1600 mV.
El acero súper inoxidable 254SMO, por ejemplo, es un punto de referencia entre las aleaciones anticorrosión 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 “pasivación dual secuencial”, el equipo de investigación del profesor Huang desarrolló el novedoso SS-H2 con resistencia superior a la corrosión. Además del sencillo Cr2oh3-capa pasiva basada en Mn, 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 el SS-H2 desde la corrosión en medios de cloruro hasta un potencial ultra alto de 1700 mV. El SS-H2 demuestra un avance fundamental sobre el acero inoxidable convencional.
“Al principio no lo creíamos, porque la opinión predominante es que el Mn afecta 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. Más allá de sorprendernos, no podemos esperar a 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 y, en última instancia, preparar la publicación oficial y, con suerte, su aplicación industrial, el equipo dedicó casi seis años al trabajo.
“A diferencia de la comunidad actual de corrosión, que se centra principalmente en la resistencia a potenciales naturales, nosotros nos especializamos en el desarrollo de aleaciones resistentes a alto potencial. Nuestra estrategia superó la limitación fundamental del acero inoxidable convencional y estableció un paradigma para el desarrollo de aleaciones 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 desalada o soluciones ácidas, se requieren costosos componentes estructurales de Ti recubierto de Au o Pt. Por ejemplo, el costo total de un sistema de tanque de electrólisis PEM de 10 megavatios en su etapa 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, que es más económico. Según lo estimado, el empleo de SS-H2 Se espera que reduzca el costo del material estructural aproximadamente 40 veces, lo que demuestra una gran ventaja en aplicaciones industriales.
“Desde materiales experimentales hasta productos reales, como mallas y espumas, para electrolizadores de agua, todavía quedan tareas desafiantes por delante. Actualmente, hemos dado un gran paso hacia la industrialización. Se han producido toneladas de alambre 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.
Enlace al artículo:
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1369702123002390
Por favor haga clic aquí para ver un vídeo corto mostrando cómo el nuevo acero inoxidable produce hidrógeno en agua salada.
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