« Cela ne peut pas être expliqué » – Des scientifiques dévoilent l’acier révolutionnaire SS-H2

Une équipe dirigée par le professeur Mingxin Huang du département de génie mécanique de l’Université de Hong Kong a réalisé des progrès significatifs dans le domaine de l’acier inoxydable. Cette innovation récente se concentre sur le développement d’un acier inoxydable conçu pour les applications hydrogène, connu sous le nom de SS-H.₂.

Cette réalisation fait partie du projet « Super Steel » en cours du professeur Huang, qui a déjà franchi des étapes notables avec la création d’un système anti-COVID 19 l’acier inoxydable en 2021 et le développement du Super Steel ultra résistant et ultra résistant en 2017 et 2020.

Le nouvel acier développé par l’équipe présente une résistance élevée à la corrosion, ce qui permet son application potentielle pour la production d’hydrogène vert à partir de l’eau de mer, où une nouvelle solution durable est encore en préparation.

Les performances du nouvel acier dans un électrolyseur d’eau salée sont comparables à la pratique industrielle actuelle utilisant le titane comme pièces structurelles pour produire de l’hydrogène à partir d’eau de mer dessalée ou acidealors que le coût du nouvel acier est beaucoup moins cher.

La découverte a été publiée dans la revue Les matériaux aujourd’hui. Les résultats de la recherche font actuellement l’objet de demandes de brevet dans plusieurs pays, et deux d’entre eux ont déjà obtenu une autorisation.

Révolutionner la résistance à la corrosion

Depuis sa découverte il y a un siècle, l’acier inoxydable a toujours été un matériau important largement utilisé dans les environnements corrosifs. Le chrome est un élément essentiel pour établir la résistance à la corrosion de l’acier inoxydable. Un film passif est généré par l’oxydation du chrome (Cr) et protège l’acier inoxydable dans les environnements naturels. Malheureusement, ce mécanisme conventionnel de passivation unique basé sur Cr a stoppé les progrès de l’acier inoxydable. En raison de l’oxydation ultérieure du Cr stable₂Ô₃ en Cr(VI) soluble espècesune corrosion transpassive se produit inévitablement dans l’acier inoxydable conventionnel à ~ 1 000 mV (électrode au calomel saturée, SCE), ce qui est inférieur au potentiel requis pour l’oxydation de l’eau à ~ 1 600 mV.

Le super acier inoxydable 254SMO, par exemple, est une référence parmi les alliages anticorrosion à base de Cr et présente une résistance supérieure aux piqûres dans l’eau de mer ; cependant, la corrosion transpassive limite son application à des potentiels plus élevés.

En utilisant une stratégie de « double passivation séquentielle », l’équipe de recherche du professeur Huang a développé le nouveau SS-H₂ avec une résistance supérieure à la corrosion. En plus du seul Cr₂Ô₃Couche passive à base de Mn, une couche secondaire à base de Mn se forme sur la couche précédente à base de Cr à ~ 720 mV. Le mécanisme séquentiel de double passivation empêche le SS-H₂ de la corrosion dans les milieux chlorés à un potentiel ultra-élevé de 1 700 mV. Le SS-H₂ démontre une avancée fondamentale par rapport à l’acier inoxydable conventionnel.

Découverte inattendue et applications potentielles

« Au départ, nous n’y croyions pas car l’opinion dominante est que le Mn altère la résistance à la corrosion de l’acier inoxydable. La passivation basée sur le manganèse est une découverte contre-intuitive, qui ne peut être expliquée par les connaissances actuelles en science de la corrosion. Cependant, lorsque de nombreux résultats au niveau atomique ont été présentés, nous avons été convaincus. Au-delà de notre surprise, nous avons hâte d’exploiter le mécanisme », a déclaré le Dr Kaiping Yu, premier auteur de l’article, dont la thèse est supervisée par le professeur Huang.

De la découverte initiale de l’acier inoxydable innovant à la réalisation d’une percée dans la compréhension scientifique, en passant par la préparation de la publication officielle et, espérons-le, de son application industrielle, l’équipe a consacré près de six ans à ce travail.

« À la différence de la communauté actuelle de la corrosion, qui se concentre principalement sur la résistance aux potentiels naturels, nous nous spécialisons dans le développement d’alliages résistants à haut potentiel. Notre stratégie a surmonté les limites fondamentales de l’acier inoxydable conventionnel et a établi un paradigme pour alliage développement applicable à hauts potentiels. Cette avancée est passionnante et apporte de nouvelles applications. » a déclaré le professeur Huang.

À l’heure actuelle, pour les électrolyseurs d’eau dans de l’eau de mer dessalée ou des solutions acides, des composants structurels coûteux en Ti recouverts d’Au ou de Pt sont nécessaires. Par exemple, le coût total d’un système de réservoir d’électrolyse PEM de 10 mégawatts dans sa phase actuelle est d’environ 17,8 millions de dollars de Hong Kong, les composants structurels contribuant jusqu’à 53 % de la dépense globale. La percée réalisée par l’équipe du professeur Huang permet de remplacer ces composants structurels coûteux par de l’acier plus économique. Comme estimé, l’emploi des SS-H₂ devrait réduire le coût des matériaux de structure d’environ 40 fois, démontrant ainsi un grand potentiel d’applications industrielles.

« Des matériaux expérimentaux aux produits réels, tels que des mailles et des mousses, pour les électrolyseurs d’eau, il reste encore des tâches difficiles à accomplir. Actuellement, nous avons fait un grand pas vers l’industrialisation. Des tonnes de fil à base de SS-H2 ont été produites en collaboration avec une usine du continent. Nous progressons dans l’application du SS-H, plus économique.₂ dans la production d’hydrogène à partir de sources renouvelables », a ajouté le professeur Huang.