Một nhóm nghiên cứu từ Đại học Hồng Kông đã phát triển một loại thép không gỉ mới có khả năng chống ăn mòn mạnh trong nước biển. Vật liệu này, được đặt tên là SS-H₂, có thể trở thành một giải pháp thay thế titan rẻ hơn trong các bộ điện phân để sản xuất hydro xanh.
Dự án này được dẫn dắt bởi Giáo sư Minxin Huang thuộc Khoa Kỹ thuật Cơ khí của Đại học Hồng Kông. Công trình này là một phần trong chương trình dài hạn mang tên “Super Steel” của ông. Trước đó, nhóm của ông đã từng tạo ra loại thép có khả năng chống COVID và các hợp kim siêu bền.
Thép không gỉ thông thường được bảo vệ bằng crôm, nhưng ở các điện thế cao cần thiết cho quá trình điện phân nước, lớp bảo vệ này sẽ bị phá vỡ. SS-H₂ tạo thành một lớp bổ sung dựa trên mangan, lớp này bắt đầu hoạt động ở khoảng 720 mV. Kết hợp lại, hai lớp này có thể chịu được điện thế lên tới 1700 mV trong môi trường chứa clorua.
Trong các bộ điện phân nước mặn, loại thép mới này đã cho thấy hiệu suất tương đương với các linh kiện làm từ titan. Đồng thời, chi phí vật liệu cấu trúc có thể giảm khoảng 40 lần. Đối với một hệ thống PEM 10 megawatt, điều này đồng nghĩa với việc tiết kiệm đáng kể.
Việc phát hiện ra khả năng thụ động hóa của mangan là một điều bất ngờ. Theo truyền thống, mangan được coi là có hại cho khả năng chống ăn mòn. “Ban đầu, chúng tôi không tin điều đó, bởi vì quan điểm phổ biến cho rằng mangan làm giảm khả năng chống ăn mòn của thép không gỉ,” Tiến sĩ Kaipin Yu, tác giả chính của nghiên cứu, chia sẻ.
Nghiên cứu này đã kéo dài gần sáu năm. Các nhà khoa học đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế ở một số quốc gia, và hai bằng đã được cấp. Bài báo đã được công bố trên tạp chí Materials Today.
Hiện tại, nhóm nghiên cứu đang chuyển sang giai đoạn sản xuất quy mô công nghiệp. Hàng tấn dây SS-H₂ đã được sản xuất tại một nhà máy ở Trung Quốc đại lục. Nhiệm vụ còn lại là tạo ra các lưới và vật liệu xốp từ loại thép này để sử dụng trong các bộ điện phân thực tế.
Vậy chính xác thì mangan đã giúp vượt qua giới hạn cơ bản của thép không gỉ thông thường như thế nào?
Giáo sư Huang nhấn mạnh rằng phương pháp tiếp cận của họ tập trung vào tính ổn định ở điện thế cao, mở ra những khả năng mới cho các hợp kim trong ứng dụng điện hóa. Nếu vật liệu này thành công trong các thử nghiệm với hệ thống thương mại, nó có thể giúp việc sản xuất hydro xanh từ nước biển trở nên dễ tiếp cận hơn đáng kể.
