Sprödhet är ett av de största hindren för övergången till en global väteekonomi. En ny process som avslöjats av forskare vid University of Sydney hjälper till att belysa hur man bättre kan förebygga det.
Varför väte får stål att bli spröda och spricka är den stora gåtan för ingenjörer och forskare som vill utveckla storskaliga transport- och lagringslösningar för väteåldern – en era som Australien hoppas kunna leda till 2030.
De kan nu vara ett steg närmare att förstå hur väte påverkar stål, tack vare ny forskning vid University of Sydney. Forskarna fann att tillsats av det kemiska elementet molybden till stål förstärkt med metallkarbider markant förbättrar dess förmåga att fånga väte.
Publicerad i Nature Communications , upptäckten demonstrerades av ett team som leddes av prorektor (forskning—företag och engagemang) professor Julie Cairney och dr. Yi-Sheng (Eason) Chen, och inkluderade dr. Ranming Liu och Ph.D. kandidat Pang-Yu Liu.
De använde en avancerad mikroskopiteknik som var banbrytande vid University of Sydney, känd som kryogen atomsondstomografi, vilket möjliggjorde direkt observation av vätefördelning i material.
"Vi hoppas att den här studien kommer att få oss närmare att avslöja exakt varför väteförsprödning uppstår i stål, vilket banar väg för storskaliga lösningar för vätetransport och lagring", säger professor Cairney, som är baserad vid Australian Center for Microscopy and Microanalysis. där forskningen utfördes.
Väteförsprödning är en process där väte gör att höghållfasta material som stål blir spröda och spricker. Forskarna säger att det är ett av de största hindren för övergången till en väteekonomi eftersom det hindrar väte från att effektivt lagras och transporteras vid högt tryck. Detta gör att förstå och lösa sprödhet till en mångmiljardfråga för marknaden för förnybar energi.
"Framtiden för en storskalig väteekonomi beror till stor del på denna fråga. Väte är notoriskt lömskt; som den minsta atomen och molekylen sipprar det in i material, sedan spricker och bryter dem. För att effektivt kunna producera, transportera, lagra och använda väte i stor skala, det här är inte idealiskt, säger Dr Chen.
Deloitte uppskattar att marknaden för rent väte kan nå 1,4 biljoner USD år 2050.
Molybden tillsattes stålet, kombinerat med andra element för att bilda en extremt hård keramik som kallas "karbid". Karbider tillsätts ofta stål för att öka deras hållbarhet och styrka.
Med hjälp av sin avancerade mikroskopiteknik såg forskarna att de fångade väteatomerna var i kärnan av karbidställena, vilket tyder på att tillsatsen av molybden hjälper till att fånga väte. Detta jämfördes med ett riktmärke av titankarbidstål som inte visade samma vätgasfångningsmekanism.
"Tillsatsen av molybden hjälpte till att öka förekomsten av lediga koldioxidutsläpp - en defekt i karbider som effektivt kan fånga upp väte", säger Dr Chen.
Det tillsatta molybdenet representerade endast 0,2 % av det totala stålet, vilket forskarna säger gör det till en kostnadseffektiv strategi för att minska försprödningen. Forskarna tror att niob och vanadin också kan ha en liknande effekt på stål.
Mer information: Pang-Yu Liu et al, Engineering metall-karbid vätefällor i stål, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-45017-4
Tillhandahålls av University of Sydney
