Paduan aluminium untuk ekonomi hidrogen

Tim Peneliti Internasional mengembangkan paduan aluminium yang dapat diskalakan untuk ekonomi hidrogen

To the point

• Desain Paduan Novel untuk Aluminium: Peneliti mencampur skandium dengan paduan aluminium untuk mencapai kekuatan 40 persen lebih tinggi dan resistensi lima kali lebih tinggi terhadap embrittlement hidrogen – sambil mempertahankan keuletan yang sama.
• Menyetel struktur mikro: nanopartikel dengan cangkang partikel dari hidrogen aluminium, magnesium dan skandium perangkap dan mengurangi risiko embrittlement, sementara nanopartikel aluminium dan skandium meningkatkan kekuatan.
• Penerapan Industri: Paduan yang kuat dan tahan hidrogen telah diproduksi dalam kondisi hampir industri.

Paduan aluminium terkenal karena bobotnya yang rendah dan resistensi korosi, menjadikannya kandidat yang ideal untuk aplikasi dalam ekonomi rendah karbon-dari mobil ringan hingga tangki untuk menyimpan hidrogen hijau. Namun, aplikasi mereka yang tersebar luas dibatasi oleh tantangan utama: mereka menderita embrittlement yang mengarah pada retak dan kegagalan ketika terpapar hidrogen. Hingga saat ini, paduan yang resisten terhadap embrittlement hidrogen agak lunak, membatasi aplikasi mereka dalam teknologi terkait hidrogen yang membutuhkan kekuatan tinggi. Sekarang, para peneliti dari Max Planck Institute for Sustainable Material di Jerman, bersama dengan mitra dari Cina dan Jepang, telah mengembangkan strategi desain paduan baru yang mengatasi dilema ini. Pendekatan mereka memungkinkan kekuatan luar biasa dan resistensi superior terhadap imbalan hidrogen, membuka jalan bagi komponen aluminium yang lebih aman dan lebih efisien dalam ekonomi hidrogen. Mereka telah menerbitkan hasil mereka di jurnal Nature.

Dual Nanoprecipitates Trap Hydrogen dan Boost Strength

Di jantung terobosan adalah strategi presipitasi yang kompleks dan berukuran besar dalam paduan aluminium-magnesium yang ditambahkan skandium. Melalui perlakuan panas dua langkah, para peneliti merekayasa halus AL₃SC nanoprecipitates di mana cangkang AL yang sangat kompleks secara struktural₃(Mg, sc)₂ bentuk in-situ. Nanoprecipitates ganda ini didistribusikan di seluruh paduan untuk melayani dua peran kunci: AL₃(Mg, sc)₂ perangkap fase hidrogen dan meningkatkan resistensi terhadap embrittlement hidrogen, sedangkan al halus₃Partikel SC meningkatkan kekuatan. -Strategi desain baru kami menyelesaikan trade-off khas ini. Kita tidak lagi harus memilih antara kekuatan tinggi dan resistensi hidrogen – paduan ini memberikan keduanya-, kata Baptiste Gault, pemimpin kelompok di Max Planck Institute for Sustainable Material.

Hasilnya menarik: peningkatan kekuatan 40 persen dan peningkatan lima kali lipat dalam resistensi imbalan hidrogen dibandingkan dengan paduan bebas skandium. Bahan bahkan mencapai rekor perpanjangan tarik seragam dalam paduan aluminium bermuatan hidrogen bahkan pada pemuatan hidrogen yang relatif tinggi – indikator daktilitas yang sangat baik di bawah paparan hidrogen. Pengukuran Tomografi Probe Atom yang dilakukan di Max Planck Institute for Sustainable Material sangat penting dalam memverifikasi peran AL₃(Mg, sc)₂ Fase dalam perangkap hidrogen pada tingkat atom, menawarkan wawasan tentang bagaimana desain paduan bekerja pada skala mendasar. Eksperimen yang dilakukan di lembaga mitra termasuk mikroskop dan simulasi elektron.

Strategi desain baru kami menyelesaikan trade-off ini. Kita tidak lagi harus memilih antara kekuatan tinggi dan resistensi hidrogen – paduan ini memberikan keduanya.

Dari lab ke industri

Para peneliti menguji pendekatan mereka di berbagai sistem paduan AL, dan juga menunjukkan skalabilitas dengan menggunakan cetakan cetakan tembaga berpendingin air dan metode pemrosesan termomekanis yang selaras dengan standar industri saat ini. Penelitian ini meletakkan dasar bagi generasi baru bahan aluminium yang dirancang untuk tuntutan masa depan bertenaga hidrogen – aman, kuat, dan siap untuk penggunaan industri.

Pekerjaan ini secara bersama-sama dilakukan terutama oleh para peneliti dari Universitas Xi-An Jiaotong (Cina), Universitas Shanghai Jiao Tong (Cina) dan di Institut Max Planck untuk Bahan Berkelanjutan.

Yasmin Ahmed Salem