氢脆问题与研究突破

在全球积极探索清洁能源转型的大背景下,氢能作为一种极具潜力的清洁能源,其发展备受关注。然而,安全性一直是氢能发展道路上的重要瓶颈,尤其是 "氢脆" 问题,成为了阻碍氢能大规模应用的关键因素。

不过,中国台湾国立成功大学材料科学与工程系特聘教授洪飞翼带领的团队取得了突破性进展,研发出能抵抗氢隧穿攻击的抗氢不锈钢 416B(简称 "抗氢钢"),同时还发现了可焊接材料 420L,目前正在申请专利,这一成果有望成为氢能发展的重要里程碑。

氢脆可能引发重大安全问题,目前全球尚未找到彻底解决的方法。氢原子极其细小,能够隧穿任何材料,当被材料覆盖时,氢与材料会产生氢化和脆性开裂,即氢脆。一旦储罐或管道因氢脆出现裂纹,氢气泄漏就可能引发爆炸,过去世界各地发生的类似事故,让人们对氢能发展心存疑虑。

416B抗氢钢的研发之路

此前,在各类不锈钢材料中,309、316 不锈钢虽在酸性、碱性和热环境中应用广泛,在氢能行业也有涉足,但它们不仅无法抵抗氢脆,强度和耐磨性也较差,用于氢动力汽车存在安全隐患,使用到一定程度还会因氢脆导致氢气泄漏爆炸。而目前储存氢气常用的玻璃纤维,不仅呈带刺钩状,吸入肺部易致癌,且硬度差、不耐冲击,并非理想材料。

洪飞翼教授拥有 20 多年研究各类金属的经验,他的团队在研究中发现,军工领域使用的 416 不锈钢具有独特优势。它不仅与 309、316 一样耐酸碱腐蚀、不生锈,强度和硬度更好,且不带磁性但磁性能良好,可串联形成无氢电磁钢。

经过热处理后,其原来的等轴晶转变成坚固的针棒结构,即 416B 抗氢钢,能够抵抗氢气隧穿,在氢能开发中几乎可完美应用,可用于储存氢气,制作各种抗氢阀门、紧固件等。

配套焊接材料与测试体系

在氢能设备管线焊接方面,团队长期与台南焊条厂家首瑞合作,在开发无氢钢过程中找到了首瑞生产的焊接材料 420,除氢后变成 420L,可有效避免氢侵袭。

为验证无氢钢的抗氢性能,成大团队建立了国内少数可评估金属氢脆的实验室,该实验室配备全台唯一的电动高温拉伸疲劳试验机,让氢气侵袭不锈钢材料特定区域(即浓氢处理),累积时间可达数月,再进行氢脆调查。

为了驾驭氢气易燃易爆的"暴脾气",团队结合校内化学工程人才反复试验才成功建置安全实验室。经测试,无氢钢抗氢隧穿能力是其他工业级不锈钢的 1 倍以上,强度与硬度也高于传统不锈钢,用于氢动力汽车不怕碰撞和氢脆,用于氢燃料输送管线能提升输送效率与安全性。

目前,实验室已建立整合式氢测试、氢脆疲劳测试,并协助进行各类焊缝的分析评估,相关论文已发表,专利正在申请中。

院士发声:不必谈氢色变

值得一提的是,2月13日晚,中国工程院院士陈学东在 JME 学院网络公开课做 "我国氢能储运装备技术进展" 的报告,面对 1.2 万人线上参与者,陈学东院士明确指出,金属常温高压氢脆问题可能被高估,大可不必 "谈氢色变" ,氢脆的危害被夸大了。

这一观点与成大团队的研究成果相互呼应,为氢能行业的发展注入了新的信心。随着成大突破性抗氢脆钢材的研发以及行业内对氢脆问题更客观的认知,氢能发展的前景或许将更加光明,有望在清洁能源领域发挥更大的作用,助力全球能源转型。

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