香港大學研製超級不鏽鋼 耐海水電解腐蝕助綠氫生產

香港大學材料科學團隊開發出一種鋼合金，能夠在海水電解的極端電化學環境中存活，這是用以從海水中產生綠色氫氣的過程。研究人員形容其耐腐蝕機制為先前無法解釋的現象。該團隊稱之為「超級不鏽鋼」的材料，表現遠勝傳統不鏽鋼，並可作為氫氣生產系統中鈦組件的低成本替代品。

雙重屏障效應

標準不鏽鋼的耐腐蝕性來自表面自發形成的薄被動氧化層——通常為鉻氧化物——阻擋進一步氧化。然而，在海水電解環境中，氯離子與高陽極電壓的聯合攻擊會令該層崩解，導致點蝕腐蝕及最終結構失效。香港大學團隊透過修改合金成分，設計出同時觸發兩種獨立保護反應的合金。第一種為傳統被動氧化層；第二種則為獨立的動態強化屏障，專門在電解過程中的電化學應力條件下啟動。研究人員指出，此第二機制並非現有腐蝕理論所能預期，因此他們形容其「無法以傳統模型解釋」。

雖然公開摘要未完全披露精確合金成分，但研究顯示，此雙重保護系統令材料對氯離子的耐受性明顯優於目前工業電解槽硬件所用的標準奧氏體或鐵素體不鏽鋼。 綠色氫氣——透過可再生電力分裂水分子產生——被視為脫碳重工業及長途運輸的可行長期途徑。執行此分裂的電解槽系統，特別是使用海水而非純化淡水的系統，目前依賴鈦製成面對最嚴苛電化學暴露的組件。鈦提供優異耐腐蝕性及生物相容性，但提煉、精煉及加工成本高昂。

相對而言，鋼鐵是地球上產量最大的材料之一，擁有成熟全球供應鏈及製造基礎設施。若超級不鏽鋼能在實際電解槽服務中匹配鈦的耐用性——實驗室結果無法完全證實此點——則海水電解系統的成本降低將相當可觀。但需注意，實驗室腐蝕測試即使嚴格的電化學表徵，亦未必能預測工業運作循環、熱波動及生物污損下的長期表現。需經中試規模獨立驗證，商用電解槽製造商方會認證該材料用於生產。 從合金設計至工業認證的路徑涉及多個工程階段：工業鑄造體積的可重現製造、循環應力下的機械性能驗證、可焊性評估，以及與特定電解槽架構（如質子交換膜

(PEM) 及鹼性設計）所用膜及電解質化學的相容性測試。這些階段均非易事，香港大學團隊未公開宣稱已達商用準備。該研究確立的新設計原則——刻意設計第二電化學防禦層——或可啟發超出此特定應用的合金開發。若雙重屏障機制能被重現及放大，將成為降低海水電解硬件成本的可信材料策略，此為令綠色氫氣在經濟上與化石燃料替代品競爭的剩餘瓶頸之一。