香港大學（HKU）在不銹鋼方面的突破可能有助於解決綠氫的最大問題之一：如何建造足夠堅固的電解槽以用於海水，但又足夠便宜以用於大規模清潔能源。
香港大學機械工程系黃明新教授領導的團隊開發出特殊不銹鋼（SS-H2）。該材料在不銹鋼超出其極限的條件下能夠抵抗腐蝕，使其成為從海水和其他惡劣電解環境中製氫的有前途的候選材料。
這一發現的消息，在 今日材料 「水上氧化不銹鋼設計的雙重順序鈍化策略」研究是基於黃先生長期的「超級鋼」計畫。同一研究計畫於 2021 年生產出抗 covid-19 不鏽鋼，並於 2017 年和 2020 年生產出超強、超硬的超級鋼。
更便宜的綠色氫能途徑
綠氫是透過使用電力（最好是再生能源）將水分解成氫氣和氧氣來製造的。海水是一種特別誘人的原料，因為它儲量豐富，但它帶來了嚴重的材料問題：鹽、氯離子、副反應和腐蝕會很快損壞電解槽組件。
最近對直接海水電解的審查繼續強調了同樣的根本挑戰。該技術可以提供一種更永續的氫氣途徑，但腐蝕、與氯相關的副反應、催化劑降解、沉澱和有限的長期可持續性仍然是商業應用的主要障礙。
有SS-H2 在鹽水電解槽中，香港大學團隊發現，與目前工業實踐中使用的鈦結構材料相比，新鋼可以從淡化或酸性海水中產生氫氣。差別在於成本。鍍有金或鉑等貴金屬的鈦零件價格昂貴，而不銹鋼則經濟得多。
對於一個10兆瓦的質子交換膜電解槽系統，香港大學報告時的總成本約為1,780萬港元，其中結構部件達到成本的53%。根據團隊估計，用SS-H取代這些昂貴的結構材料2 可降低結構材料成本40倍。
普通不銹鋼為什麼會失效
不銹鋼在腐蝕環境中使用了一個多世紀，因為它可以自我保護。主要成分是鉻。當鉻 (Cr) 氧化時，會形成一層鈍化膜，保護鋼免受損壞。
但這個眾所周知的保護系統是有上限的。在傳統不銹鋼中，鉻保護層在高電位下會被擊穿。鉻穩定2哦3 它可以進一步氧化成可溶性 Cr(VI) 物質，造成約 1000 mV 的跨鈍化腐蝕（飽和甘汞電極，SCE）。它遠低於氧化水所需的約 1600 mV。
即使是 254SMO 超級不銹鋼（一種以在海水中具有高抗點蝕能力而聞名的參考鉻基合金）也會遇到這種高應力極限。它可能在正常的海洋環境中運作良好，但氫氣生產的極端電化學環境是另一個挑戰。
建造第二個盾牌的鋼材
香港大學團隊的答案是一種稱為「順序雙重鈍化」的策略。 SS-H 並非只依靠傳統的氧化鉻屏障2 它形成第二保護層。
第一層就是大家熟知的Cr2哦3 基於被動膜。然後，大約 720 mV，在鉻基層頂部形成錳基層。第二個屏蔽層有助於在含氯環境中保護鋼材，電位高達 1700 mV。
這就是這項發現如此引人注目的原因。錳通常不被視為不銹鋼中的耐腐蝕性伴侶。事實上，已經顯示錳會削弱它。
「起初，我們並不相信，因為普遍認為錳會損害不銹鋼的耐腐蝕性。錳基鈍化是一個違反直覺的發現，無法用現有的腐蝕科學知識來解釋。但是，當大量原子級結果呈現時，我們被說服了。我們感到驚訝。該博士是黃教授指導的。
從驚喜到應用的六年推動
從第一次觀察到發表的過程並不快。該團隊花了近六年的時間從最初發現這種不尋常的不銹鋼到更深入的科學解釋，然後再到出版和潛在的工業用途。
黃教授說：“與當前腐蝕界主要關注對自然電位的抵抗不同，我們專注於開發高電位合金。我們的策略克服了傳統不銹鋼的根本限制，建立了適用於高電位的合金開發範例。這一進展令人興奮，並帶來了新的應用。”
這項工作也超出了實驗室範圍。研究成果已向多個國家申請專利，截至港大公佈時，已有兩項專利授權。該團隊還報告了大量的 SS-H2 接地線是在中國大陸的一家工廠生產的。
「從實驗材料到水電解槽的網格和泡沫等實際產品，手頭上的任務仍然充滿挑戰。今天，我們向工業化邁出了一大步。噸SS-H2接地線是與大陸工廠合作生產的。我們正在推動應用更經濟的 SS-H2 從可再生資源生產氫氣，」黃教授補充道。
為什麼時間仍然很重要
雖然SS-H2 該研究於 2023 年發表，其主要問題只會變得更加重要。新的海水電解研究繼續關注相同的瓶頸：耐腐蝕材料、長壽命電極、除氯以及能夠在真實海水中生存的系統設計，而不是理想的實驗室解決方案。 2025年 自然評論資料 該評論稱直接海水電解很有前途，但仍因腐蝕、副反應、金屬沉澱和有限的使用壽命而受到阻礙。
最近的其他工作探索了具有保護性催化層的不銹鋼電極，包括 NiFe 基塗層和 Pt 原子簇，以提高在天然海水中的耐用性。研究人員還報告了基於不銹鋼基材的陽極的耐腐蝕策略，這表明不銹鋼仍然是使海水電解更實用的努力的主要焦點。
這項新研究不會取代 SS-H2 相反，這項發現強化了香港大學團隊的方法的重要性。該領域仍在尋找能夠承受鹽水化學、高電壓和工業操作要求的嚴酷混合的材料。 SS-H2 之所以脫穎而出，是因為它不僅透過塗層或催化劑來解決這個問題，還透過一種新的合金設計策略來改變不銹鋼自我保護的方式。
具有清潔能源潛力的鋼鐵突破
SS-H2 它還不是氫經濟的解決方案。團隊承認，將實驗材料轉化為實際的電解槽產品（包括網格和泡沫）仍涉及具有挑戰性的工程工作。
然而，承諾是明確的。雖然能夠承受高壓海水條件的不銹鋼取代了昂貴的鈦基部件，但氫氣生產可以更便宜、更具規模化並且更容易與可再生能源搭配。
對於成本和耐用性通常決定一項技術能否走出實驗室的領域來說，用鋼建造自己的第二個防護罩可能更像是材料科學的驚喜。這可能是在工業規模上邁向清潔氫氣的實際一步。
