Исследователи Гонконгского университета разработали нержавеющую сталь SS-H₂, которая выдерживает условия, губительные для обычной нержавейки. Материал создавали для электролизеров – установок, где воду расщепляют на водород и кислород. Работа опубликована в Materials Today.
Главная проблема – коррозия. Морская вода кажется удобным сырьем для производства “зеленого” водорода: ее много, а при использовании энергии из возобновляемых источников процесс может быть низкоуглеродным. Но соль, хлориды и высокие электрические потенциалы быстро разрушают детали электролизеров. Поэтому в современных системах часто используют дорогие титановые компоненты с покрытиями из золота или платины.
Команда профессора Минсиня Хуана предложила другой путь – не покрытие, а новый механизм самозащиты стали. Обычная нержавейка защищается тонкой пленкой на основе оксида хрома. Но при высоком напряжении этот слой разрушается, и металл начинает корродировать.
У SS-H₂ защита работает в два этапа. Сначала образуется привычный слой на основе хрома, а затем при потенциале около 720 мВ поверх него появляется второй защитный слой – уже на основе марганца. Такой “двойной щит” помогает материалу сопротивляться коррозии в хлоридной среде до 1700 мВ.
Для ученых это оказалось неожиданностью. “Изначально мы не поверили этому, поскольку преобладает мнение, что марганец ухудшает коррозионную стойкость нержавеющей стали”, – сказал первый автор работы Кайпин Ю. По его словам, пассивация на основе марганца стала нетривиальным открытием, которое современные представления о коррозии полностью не объясняли.
Разработчики считают, что новая сталь может заменить часть дорогих титановых элементов в водородных системах. По оценке команды, стоимость конструкционных материалов для электролизеров в таком случае может снизиться примерно в 40 раз. Исследователи уже подали патентные заявки в нескольких странах и сообщили о выпуске тонн проволоки на основе SS-H₂ на заводе в материковом Китае.
Пока это не готовая массовая технология. Сталь еще нужно превратить в реальные элементы электролизеров – сетки, пены и другие детали, которые смогут долго работать в промышленной установке. Но если материал подтвердит надежность в масштабе, он может сделать производство водорода из морской воды дешевле и ближе к практическому применению.
