과학자들은 티타늄에 비해 우수한 내식성과 비용 효율성을 제공하는 선구적인 수소 생산용 스테인리스강인 SS-H2를 개발했습니다. 이 혁신은 물 전기분해에 사용되는 재료의 비용을 크게 줄여 재생 가능한 자원으로부터 저렴한 수소 생산을 위한 길을 열 수 있습니다. 위는 팀이 개발한 새로운 수소 스테인리스강이다. 크레딧: 홍콩대학교
홍콩대학교 기계공학과 Mingxin Huang 교수가 이끄는 팀은 스테인리스강 분야에서 상당한 진전을 이루었습니다. 이 최신 혁신은 SS-H로 알려진 수소 응용 분야용으로 설계된 스테인리스강 개발에 중점을 두고 있습니다.2.
이번 성과는 이전에 방사선 차단막을 만들어 획기적인 성과를 거뒀던 황 교수가 진행 중인 '슈퍼 스틸' 프로젝트의 일환이다.코로나 19 2021년에는 스테인레스강, 2017년과 2020년에는 초고장력강, 고강도강 개발이 예정돼 있다.
팀이 개발한 새로운 강철은 높은 내식성을 보여 새로운 지속 가능한 솔루션이 아직 파이프라인에 있는 해수에서 녹색 수소 생산에 대한 잠재적 응용 가능성을 열어줍니다.
염수 전해조에 사용되는 새로운 강철의 성능은 담수화된 해수에서 수소를 생산하기 위해 티타늄을 구조 부품으로 사용하는 현재 산업 관행과 비슷합니다. 시큼한새로운 강철의 비용은 훨씬 저렴합니다.
이 발견은 저널에 게재되었습니다. 오늘의 자료. 연구 성과는 현재 여러 국가에 특허를 신청하고 있으며, 그 중 2개 국가는 이미 라이센스를 취득했습니다.
내식성의 혁명
100년 전 발견된 이래로 스테인리스 스틸은 항상 부식성 환경에서 널리 사용되는 중요한 소재였습니다. 크롬은 스테인레스 강의 내식성을 결정하는 데 필수적인 요소입니다. 네거티브 필름은 크롬(Cr)이 산화되어 생성되며 자연환경에서 스테인레스 스틸을 보호합니다. 불행하게도 전통적인 크롬 기반 단일 패시베이션 메커니즘은 스테인리스강의 추가 발전을 중단시켰습니다. 안정한 크롬의 추가 산화로 인해2여기요삼 가용성 크롬(VI)에 나누다수동 부식은 ~1000mV(포화 칼로멜 전극, SCE)에서 기존 스테인리스강에서 필연적으로 발생하며, 이는 ~1600mV에서 물 산화에 필요한 전위보다 낮습니다.
Mingxin Huang 교수와 Kaiping Yu 박사. 크레딧: 홍콩대학교
예를 들어, 254SMO 슈퍼 스테인레스 스틸은 크롬 기반 부식 방지 합금의 표준이며 바닷물에 구멍이 뚫리는 것에 대한 저항력이 뛰어납니다. 그러나 일시적인 부식으로 인해 더 높은 전위에서의 적용이 제한됩니다.
황 교수 연구팀은 “순차적 이중 부동태화” 전략을 사용하여 새로운 SS-H를 개발했습니다.2 내식성이 우수합니다. 게다가 Cr 1개2여기요삼망간 기반 수동층 2차 망간 기반 층은 약 720mV에서 이전 크롬 기반 층 위에 형성됩니다. 이중 체인 패시베이션 메커니즘으로 SS-H 방지2 염화물 매질의 부식부터 1700mV의 매우 높은 전위까지. SS-H2 기존 스테인리스 스틸에 대한 근본적인 혁신을 보여줍니다.
예상치 못한 발견과 잠재적인 응용
“처음에는 망간이 스테인리스강의 내식성을 손상시킨다는 것이 지배적인 의견이었기 때문에 우리는 이를 믿지 않았습니다. 망간 기반 부동태화는 직관에 반하는 발견이며 부식 과학의 현재 지식으로는 설명할 수 없습니다. 그러나 여러 원자 수준의 결과가 발표되었습니다. “놀랍게도 우리는 이 메커니즘을 활용하는 것을 매우 기대하고 있습니다”라고 황 교수의 박사 과정이 지도하고 있는 논문의 첫 번째 저자인 Dr. Kaiping Yu가 말했습니다.
혁신적인 스테인리스강의 최초 발견부터 과학적 이해의 돌파구를 마련하고 궁극적으로 공식적인 출판 및 산업적 적용을 준비하는 데까지 팀은 거의 6년을 작업에 바쳤습니다.
“주로 정상 전위에서의 저항에 초점을 맞추는 현재의 부식 커뮤니티와 달리 우리는 높은 저항을 갖는 합금 개발을 전문으로 합니다. 우리의 전략은 기존 스테인리스 강의 근본적인 한계를 극복하고 부식에 대한 모델을 만들었습니다. 합금 잠재력이 높은 응용 개발. 이 획기적인 발전은 흥미롭고 새로운 응용 분야를 제공합니다.”라고 Huang 교수는 말했습니다.
오늘날 담수화된 해수나 산성 용액의 물 전해조의 경우 구조 부품으로 Au 또는 Pt로 코팅된 고가의 Ti가 필요합니다. 예를 들어, 현재 단계에서 10MW PEM 전기분해 탱크 시스템의 총 비용은 약 HK$1,780만이며, 구조 구성 요소는 총 비용의 최대 53%를 차지합니다. 황 교수 팀의 획기적인 발전으로 값비싼 구조 부품을 보다 경제적인 강철로 교체하는 것이 가능해졌습니다. 추정에 따르면 SS-H의 고용은2 건축 자재 비용을 약 40배 절감해 산업 응용 분야에서 상당한 진전이 있을 것으로 예상된다.
“물 전해조에 대한 실험적 재료부터 메쉬, 폼과 같은 실제 제품에 이르기까지 여전히 어려운 작업이 남아 있습니다. 현재 우리는 산업화를 향한 큰 발걸음을 내디뎠습니다. 수 톤의 SS-H2 기반 와이어가 협력하여 생산되었습니다. 국내 제조업체와 함께.” Main.우리는 SS-H의 보다 경제적인 적용을 향해 나아가고 있습니다.2 Huang 교수는 “재생 가능한 자원을 이용한 수소 생산”이라고 덧붙였습니다.
참조: Kaiping Yu, Shihui Feng, Zhao Ding, Meng Guo, Peng Yu 및 Mingxin Huang의 “물 산화에 사용되는 스테인레스강 설계를 위한 순차적 이중 부동태화 전략”, 2023년 8월 19일, 오늘의 자료.
도이: 10.1016/j.mattod.2023.07.022
“경순은 통찰력 있고 사악한 사상가로, 다양한 음악 장르에 깊은 지식을 가지고 있습니다. 힙스터 문화와 자연스럽게 어우러지는 그의 스타일은 독특합니다. 그는 베이컨을 좋아하며, 인터넷 세계에서도 활발한 활동을 보여줍니다. 그의 내성적인 성격은 그의 글에서도 잘 드러납니다.”