New Stainless Steel is capable of withstanding the conditions for hydrogen production in seawater.

Japanese Translation:

香港大学、黄明欣教授を率いて開発した SS-H2 は、腐食を起こさずに真水から直接グリーン水素を生産するように設計されたステンレス鋼です。この画期的な成果は、産業が直面する最大の障壁である「過酷な塩化物豊富な環境で耐久性があり、かつ大規模展開においても費用対効果が高い電解槽を構築すること」に取り組んでいます。従来のステンレス鋼は、その保護層となるクロムベースの層が約 1000 mV 以上（水酸化に必要な約 1600 mV は遥かに下回る）で破綻するため機能せず、254SMO などの基準合金でもこの限界に達してしまいます。SS-H2 は「順次二段階パシベーション」戦略を採用し、第一段階で Cr2O3 層を形成した後に第二段階で約 720 mV でマンガンベースの層を形成することで、塩化物条件において約 1700 mV までの動作を可能にしています。これは「マンガンは鋼を弱体化させる」という従来の見解を覆し、貴金属で被覆した高価なチタン構造への現状依存に対抗するものです。研究は実に 6 年にわたり行われ、特許の取得や中華人民共和国本土での大量生産を実現した後、「Materials Today」に掲載されました。SS-H2 は代替材料に比べ、構造材料のコストを約 40 倍削減することが可能です（例えば、10 MW の PEM 電分解タンクシステムの場合）。現時点では、実電解槽に必要な複雑なメッシュやフォームにはまだ対応できていませんが、SS-H2 は単なる表面コーティングではなく、新たな合金設計への大きな転換を示しています。

香港大学（HKU）取得了一项不锈钢技术的突破，有望帮助解决绿色氢能领域面临的重大挑战之一：即如何制造出既足够坚韧以耐受海水环境、又具备大规模清洁能源应用所需成本效益的电解槽。

该项目由香港大学机械工程系黄明欣教授领导，研究团队开发了一种专门用于制氢的不锈钢材料（SS-H2）。该材料在通常会使普通不锈钢超出承受极限的条件下仍能有效抵抗腐蚀，使其成为利用海水及其他恶劣电解环境生产氢能的极具前景的候选材料。

此项发现已发表于期刊《Materials Today》的研究论文中，题为"A sequential dual-passivation strategy for designing stainless steel used above water oxidation"（一种用于水氧化电位以上设计不锈钢的序贯双重钝化策略），并进一步推动了黄教授长期开展的"Super Steel"项目。该研究计划此前已在 2021 年研制出具有抗新冠病毒特性的不锈钢，并在 2017 年和 2020 年分别推出了超高强度与超高韧性的"Super Steel"。

通往绿色氢能的经济新路径

绿色氢气是通过利用电力（理想情况下来自可再生资源）将水分解为氢气和氧气的过程。由于海水储量丰富，它尤其被视为理想的原料；然而，这也带来了严峻的材料学挑战：其中的盐分、氯离子、副反应以及由此引发的腐蚀，会迅速损害电解槽组件。

近期关于直接海水电解水的综述研究反复强调，这些仍是核心难题。该技术虽能提供一条更具可持续性的制氢途径，但腐蚀、与氯相关的副反应、催化剂降解、沉淀物生成以及长期耐久性不足等问题，依然是阻碍其商业化的重大障碍。

而 SS-H2 材料在此背景下显得尤为重要。在海水电解槽中，香港大学团队发现，这种新型不锈钢的表现可与当前工业实践中用于从淡化海水或酸性介质中制氢所采用的基于钛的结构材料相媲美。二者的关键区别在于成本：涂覆有金、铂等贵金属的钛部件价格昂贵，而不锈钢则经济得多。

据香港大学报告时的估算，一个 10 兆瓦的 PEM 电解槽系统总成本约为 1780 万港元，其中结构材料占比高达 53%。
团队进一步估计，若用 SS-H2 替换这些昂贵的结构材料，可大幅降低结构材料成本，降幅约达 40 倍。

为何普通不锈钢会失效

不锈钢因其自保护特性，已在腐蚀性环境中应用超过一个世纪。其关键成分为铬：当铬（Cr）发生氧化时，会形成一层致密的钝化膜，从而保护钢材免受进一步损伤。

然而，这种广为人知的防护机制存在固有的上限。在常规不锈钢中，基于铬的保护层在高电势下可能失效。稳定的 Cr₂O₃可被进一步氧化为可溶性的高价态铬（Cr(VI)）物种，导致在约 1000 mV（相对于饱和甘汞电极，SCE）的电位下发生过钝化腐蚀。而水氧化反应所需的电位约为 1600 mV，远高于此临界值。

即便是以卓越的抗点蚀性能著称、被誉为铬基合金标杆的 254SMO 超级不锈钢，也面临这一高电压限制。它可能在普通海洋环境中表现良好，但氢能生产所涉及的极端电化学环境则构成了另一重挑战。

构建第二道防护屏障的钢材

香港大学团队提出的解决方案是一种称为"序贯双重钝化（sequential dual-passivation）"的策略。与仅依赖常规的铬氧化物屏障不同，SS-H2 能够构建第二层保护结构：

第一层为传统的基于 Cr₂O₃的钝化膜；
随后，在约 720 mV 的电位下，锰（Mn）基层会在铬基层之上形成。这第二道“护盾”使钢材能够在含氯环境中耐受高达 1700 mV 的超高电势。

这正是该发现令人瞩目的原因所在。通常而言，锰并不被视为有助于不锈钢耐蚀性的元素；事实上，主流观点认为锰会削弱其性能。

论文第一作者、由黄教授指导博士研究的于凯平博士表示：“起初我们对此持怀疑态度，因为普遍观点认为锰会损害不锈钢的耐腐蚀性。然而，基于锰的钝化机制是一种违反直觉的发现，无法用现有的腐蚀科学理论解释。当大量原子尺度的实验证据呈现出来后，我们便确信无疑了。除了感到惊喜外，我们更迫不及待地希望深入利用这一机制。”

从意外发现到产业应用的六年征程

从首次观察到最终发表成果，这条路并不轻松。团队几乎花了六年时间，完成了从发现这种异常不锈钢、深入揭示其科学原理，再到推动论文发表和潜在工业化应用的全过程。

黄教授指出：“与当前主要关注自然电势下抗腐蚀性能的腐蚀研究领域不同，我们专注于开发高电位耐受合金。我们的策略突破了传统不锈钢的基本局限，确立了一种适用于高电位条件、可推广的合金开发新范式。这项突破令人振奋，并开启了新的应用领域。”

此外，该研究工作已走出实验室阶段。相关研究成果已在多个国家提交专利申请，截至香港大学宣布之时，已有两项专利获得授权。团队还透露，利用含有 SS-H2 成分的线材已在大陆一家工厂实现吨级量产。

黄教授进一步补充道：“从实验材料到真实产品（如用于水电解槽的网片和泡沫材料），我们仍面临诸多挑战。目前，我们已迈出迈向工业化的重要一步：已与大陆的一家工厂合作，成功生产出数吨基于 SS-H2 的线材。我们正朝着在可再生能源制氢领域应用更为经济的 SS-H2 技术稳步推进。”

时机为何依然关键

尽管相关研究论文发表于 2023 年，但其针对的核心问题反而愈发凸显。近年来关于海水电解水的最新研究继续聚焦于相同的瓶颈：耐蚀材料、长寿命电极、氯抑制策略，以及能够在真实海水中而非理想实验室条件下稳定运行的系统设计方案。2025 年发表的《Nature Reviews Materials》综述虽将直接海水电解描述为极具前景的方向，但也指出其仍受限于腐蚀、副反应、金属沉淀及寿命不足等问题。

其他近期的研究工作也探索了采用保护性催化层（如 NiFe 基涂层和 Pt 原子簇）的不锈钢电极，以提升其在天然海水中的耐久性；研究人员还报道了基于不锈钢基底构建的耐蚀阳极策略，进一步印证了不锈钢仍是提升海水电解实用化的重要关注焦点。

这些新兴研究并非要取代 SS-H2 的发现，而是更加凸显了香港大学团队方案的重要性。整个领域仍在寻找能够承受盐水电化学环境、高电压以及工业运行要求的严苛材料组合。SS-H2 之所以脱颖而出，不仅在于其采用涂层或催化剂的方式解决问题，更在于它通过全新的合金设计策略，从根本上改变了不锈钢自身的自我保护机制。

蕴含清洁能源前景的钢材突破

目前，SS-H2 尚非氢能经济的“即插即用”型解决方案。团队也已坦言，将实验性材料转化为实际电解槽产品（包括网片和泡沫材料）仍需克服复杂的工程挑战。

尽管如此，其潜力已然清晰：一种既能耐受高电位海水环境、又能替代昂贵钛基组件的不锈钢，有望使氢气生产成本更低、规模更易扩展，并更易于与可再生能源相结合。在成本与耐久性往往决定一项技术能否走出实验室的领域里，这种能够自我构建“第二道护盾”的钢材，或许不仅是一项材料科学的意外惊喜，更可成为推动工业级清洁氢能实现的务实一步。