Исследователи из Гонконгского университета разработали новый тип нержавеющей стали, который способен выдерживать экстремальные условия электролиза морской воды при производстве «зеленого» водорода. По словам ученых, материал может значительно удешевить водородные установки, заменив дорогие титановые компоненты. Работа опубликована в журнале Materials Today (MT).
«Зеленый» водород получают при помощи электричества из возобновляемых источников, расщепляя воду на кислород и водород. Морская вода считается особенно привлекательным сырьем из-за своей доступности, однако соли и хлориды быстро разрушают оборудование электролизеров.
Сейчас для таких систем обычно используют титановые детали с покрытиями из золота или платины, что делает установки очень дорогими. Новая сталь, получившая название SS-H2, по устойчивости к коррозии приблизилась к промышленным титановым материалам, но при этом стоит значительно дешевле.
По оценкам исследователей, в электролизной системе мощностью 10 мегаватт замена существующих конструкционных материалов на SS-H2 может снизить стоимость этих компонентов примерно в 40 раз.
Обычная нержавеющая сталь защищается от коррозии за счет тонкой пленки оксида хрома. Однако при высоких электрических потенциалах, необходимых для электролиза воды, этот защитный слой начинает разрушаться. Именно поэтому стандартные марки стали плохо подходят для производства водорода из морской воды.
Команда профессора Минсинь Хуан предложила необычное решение — так называемую «последовательную двойную пассивацию». Помимо стандартного хромового слоя, на поверхности стали формируется вторая защитная пленка на основе марганца.
Это стало неожиданностью для самих исследователей, поскольку ранее считалось, что марганец скорее ухудшает коррозионную стойкость нержавеющих сталей.
«Сначала мы не поверили результатам, потому что общепринятое мнение заключается в том, что марганец снижает устойчивость к коррозии. Но после большого количества экспериментов на атомном уровне мы убедились, что механизм действительно работает», — рассказал первый автор статьи Кайпин Юй.
Новая защита позволяет стали выдерживать потенциалы до 1700 милливольт даже в присутствии хлоридов — этого достаточно для работы в условиях электролиза морской воды.
Авторы подчеркивают, что материал пока не готов к массовому внедрению: еще предстоит разработать полноценные промышленные элементы электролизеров, включая сетки и пористые структуры. Тем не менее они считают, что новая технология может стать важным шагом к удешевлению производства экологически чистого водорода.
Ранее российские физики научились управлять наноструктурами с помощью квантового вакуума.