KHU HÀNH CHÍNH ĐẶC BIỆT HỒNG KÔNG – Media OutReach – Ngày 17 tháng 11 năm 2023 – Một dự án nghiên cứu do Giáo sư Mingxin Huang thuộc Khoa Cơ khí Đại học Hồng Kông (HKU) dẫn đầu đã tạo ra bước đột phá hoàn toàn mới so với thép không gỉ thông thường và sự phát triển của hydro -sản xuất thép không gỉ (SS-H2).
Điều này đánh dấu một thành tựu lớn khác của nhóm Giáo sư Mingxin Huang trong Dự án ‘Siêu thép’, sau sự phát triển của thép không gỉ chống đại dịch COVID-19 vào năm 2021 và danh mục ‘siêu thép’. siêu bền và siêu cứng lần lượt vào năm 2017 và 2020.
Loại thép mới do nhóm nghiên cứu phát triển có khả năng chống ăn mòn cao, cho phép ứng dụng tiềm năng trong sản xuất hydro xanh từ nước biển, nơi một giải pháp bền vững mới vẫn đang được triển khai.
Hiệu suất của loại thép mới trong máy điện phân nước muối có thể so sánh với phương pháp công nghiệp hiện nay là sử dụng Titanium làm thành phần cấu trúc để sản xuất hydro từ nước biển hoặc axit khử muối, trong khi giá thành của loại thép mới này rẻ hơn nhiều.
Khám phá này đã được công bố trên Tạp chí Material Today trong một bài báo có tiêu đề “Chiến lược thụ động kép tuần tự để thiết kế thép không gỉ được sử dụng trên quá trình oxy hóa nước”. (tạm dịch: “Chiến lược thụ động kép tuần tự để thiết kế thép không gỉ dùng để chống oxy hóa nước”. Các thành tựu nghiên cứu hiện đang được cấp bằng sáng chế ở nhiều nước và 2 trong số đó đã được cấp phép.
Kể từ khi được phát hiện cách đây một thế kỷ, thép không gỉ luôn là vật liệu quan trọng được sử dụng rộng rãi trong môi trường ăn mòn. Crom (Cr) là nguyên tố thiết yếu tạo nên khả năng chống ăn mòn của thép không gỉ. Màng thụ động được tạo ra thông qua quá trình oxy hóa crom và bảo vệ thép không gỉ trong môi trường tự nhiên. Thật không may, cơ chế thụ động đơn thông thường dựa trên Cr này đã ngăn cản sự phát triển hơn nữa của thép không gỉ. Do quá trình oxy hóa tiếp theo của Cr2O3 ổn định thành các loại Cr(VI) hòa tan, ăn mòn xuyên thấu có thể xảy ra ở thép không gỉ thông thường ở mức ~1000 mV (điện cực calomel bão hòa: điện cực calomel bão hòa). điện cực – SCE), thấp hơn điện áp cần thiết cho quá trình oxy hóa nước ở mức ~1600 mV.
Ví dụ, thép siêu không gỉ 254SMO là chuẩn mực trong số các hợp kim chống ăn mòn gốc Cr và có khả năng chống rỗ vượt trội trong nước biển; tuy nhiên, sự ăn mòn xuyên thấu sẽ hạn chế ứng dụng của nó ở điện áp cao hơn.
Bằng cách sử dụng chiến lược “thụ động kép tuần tự”, nhóm nghiên cứu của Giáo sư Mingxin Huang đã phát triển SS-H2 mới có khả năng chống ăn mòn vượt trội. Ngoài lớp thụ động dựa trên Cr2O3 đơn, một lớp dựa trên Mn thứ cấp hình thành bên trên lớp dựa trên Cr trước đó ở mức ~720 mV. Cơ chế thụ động kép tuần tự ngăn SS-H2 bị ăn mòn trong môi trường clorua đến mức điện áp cực cao 1700 mV. SS-H2 đại diện cho bước đột phá cơ bản so với thép không gỉ thông thường.
“Ban đầu chúng tôi không tin vì có quan điểm phổ biến cho rằng Mn làm suy yếu khả năng chống ăn mòn của thép không gỉ. Sự thụ động dựa trên Mn là một khám phá phản trực giác, không thể giải thích được bằng kiến thức hiện tại về khoa học ăn mòn. Tuy nhiên, khi có nhiều kết quả ở cấp độ nguyên tử hơn được trình bày, chúng tôi đã bị thuyết phục. Ngoài việc ngạc nhiên, chúng tôi còn nóng lòng muốn khai thác cơ chế này.”
Từ phát hiện ban đầu về thép không gỉ cải tiến đến đạt được bước đột phá về hiểu biết khoa học và cuối cùng là chuẩn bị cho công bố chính thức và hy vọng ứng dụng công nghiệp, nhóm nghiên cứu đã dành gần 6 năm cho công việc này.
Giáo sư Mingxin Huang nhận xét: “Khác với cộng đồng ăn mòn hiện nay, vốn chủ yếu tập trung vào khả năng chống ăn mòn ở tiềm năng tự nhiên, chúng tôi chuyên phát triển các hợp kim có khả năng chống ăn mòn cao. Chiến lược của chúng tôi đã khắc phục được hạn chế cơ bản của thép không gỉ thông thường và thiết lập một mô hình phát triển hợp kim có khả năng áp dụng cao. Bước đột phá này rất thú vị và dẫn tới những ứng dụng mới.”
Hiện nay, đối với các thiết bị điện phân nước trong nước biển đã khử muối hoặc dung dịch axit thì cần có Ti phủ Au hoặc Pt đắt tiền cho các bộ phận kết cấu. Ví dụ, tổng chi phí của hệ thống bể điện phân PEM 10 megawatt ở giai đoạn hiện tại là khoảng 17,8 triệu đô la Hồng Kông (HKD), trong đó các thành phần kết cấu chiếm tới 53% tổng chi phí. Bước đột phá do nhóm của Giáo sư Mingxin Huang thực hiện giúp có thể thay thế các bộ phận kết cấu đắt tiền này bằng thép tiết kiệm hơn. Theo ước tính, việc sử dụng SS-H2 dự kiến sẽ cắt giảm chi phí vật liệu kết cấu khoảng 40 lần, thể hiện tiền đề xuất sắc của các ứng dụng công nghiệp.
Giáo sư Mingxin Huang cho biết thêm: “Từ vật liệu thử nghiệm đến các sản phẩm thực tế, chẳng hạn như lưới và bọt, dành cho máy điện phân nước, vẫn còn những nhiệm vụ đầy thách thức. Hiện nay, chúng ta đã tiến một bước lớn theo hướng công nghiệp hóa. Hàng tấn dây làm từ SS-H2 đã được sản xuất với sự hợp tác của một nhà máy ở Trung Quốc đại lục. Chúng tôi đang hướng tới việc áp dụng SS-H2 một cách kinh tế hơn trong sản xuất hydro từ các nguồn tái tạo.”
Liên kết đến bài viết: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1369702123002390
Bấm vào đây để xem đoạn video ngắn trình diễn cách thép không gỉ mới tạo ra hydro trong nước muối.
Thẻ bắt đầu bằng #: #HKU
Nguồn xuất bản hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung thông báo này.
Thẻ bắt đầu bằng #: #HKU
Đơn vị phát hành hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung của thông báo này.