Trong một nghiên cứu đầu tiên thuộc loại này, các nhà nghiên cứu từ Samsung Electronics và Đại học Sungkyunkwan (SKKU) công bố công nghệ xử lý nước bằng điện hóa, có khả năng thu hồi năng lượng, cho thấy bước tiến hướng tới các giải pháp môi trường bền vững.

Nghiên cứu này đăng trên tạp chí Joule, giới thiệu phương pháp mới, kết hợp lọc nước với lưu trữ năng lượng, giải quyết hai vấn đề tồn tại bấy lâu nay về chi phí và hiệu suất sử dụng năng lượng kém trong các hệ thống điện hóa hiện tại.

Trọng tâm của nghiên cứu này là một điện cực nano dựa trên oxit kim loại, thay thế cho màng trao đổi ion truyền thống. Các hệ thống thông thường phụ thuộc vào các màng đắt tiền này để lọc các hạt tích điện, làm tăng cả mức tiêu thụ năng lượng và chi phí bảo trì.

Ngược lại, điện cực mới có thể lưu trữ và giải phóng ion thông qua trao đổi electron trực tiếp, loại bỏ việc dùng màng trao đổi ion. Thiết kế này giúp tăng 200% khả năng lưu trữ ion, tăng 20% ​​tốc độ lưu trữ, đồng thời giảm gần một nửa mức tiêu thụ năng lượng xuống còn khoảng 76 Wh/kg.

Công nghệ này cũng đạt được cột mốc quan trọng: thu hồi năng lượng trong quá trình tái tạo điện cực. Trong hầu hết hệ thống hiện có, việc tái tạo điện cực tiêu thụ thêm năng lượng. Thiết kế kết hợp này đảo ngược logic đó: khi tái tạo điện cực, chúng tự động tạo ra năng lượng.

Nguồn năng lượng này, sau đó có thể cung cấp cho các thiết bị bên ngoài, giúp biến đổi nguồn năng lượng vốn bị tiêu hao thành nguồn năng lượng mới. Công trình này mở ra hướng đi cho các công nghệ thông minh hơn, tự duy trì năng lượng trong các ngành công nghiệp.

Ý nghĩa này không chỉ giới hạn ở phạm vi của việc xử lý nước thải công nghiệp. Các nhà nghiên cứu nhận thấy tiềm năng tích hợp vào các thiết bị gia dụng hằng ngày, từ máy giặt đến máy rửa chén, máy lọc nước, cho phép chúng xử lý nước, đồng thời tự sạc lại.

Nghiên cứu này cho thấy cách vật liệu tiên tiến và điện hóa học có thể kết hợp để định hình lại công nghệ môi trường. Khi nhóm nghiên cứu tiếp tục tinh chỉnh hệ thống, “mối liên kết nước thải - năng lượng” này có thể đánh dấu bước tiến quan trọng hướng tới các hệ thống thông minh tự duy trì, vừa làm sạch, vừa cung cấp năng lượng.