Trong những năm gần đây, các kỹ sư, nhà khoa học nghiên cứu ra các phương pháp bền vững để tạo ra và lưu trữ điện, trong đó sản xuất hydro thông qua điện phân nổi lên như giải pháp đầy hứa hẹn. Máy điện phân, được cung cấp năng lượng từ các nguồn năng lượng tái tạo như điện mặt trời, điện gió, có thể phân tách nước thành hydro và oxy.

Hydro sản xuất ra có thể sử dụng trong pin nhiên liệu để tạo ra điện mà không cần đốt cháy, cung cấp giải pháp năng lượng sạch cho các phương tiện hạng nặng như xe tải, xe buýt, cũng như là nguồn điện dự phòng cho các cơ sở hạ tầng quan trọng như bệnh viện, trung tâm dữ liệu.

Máy điện phân màng trao đổi proton (PEM) là một trong những công nghệ tiên tiến nhất sản xuất hydro. Thiết bị này sử dụng một màng đặc biệt cho phép proton (H⁺) đi qua trong khi chặn khí, tạo ra hydro có độ tinh khiết cao. Tuy nhiên, chúng rất tốn kém và thường cần nước siêu tinh khiết để ngăn chặn sự phân hủy do tạp chất, điều này hạn chế việc triển khai chúng trong thực tế.

Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu tại Đại học Thiên Tân và các tổ chức hợp tác, phát triển hướng đi mới để cải thiện khả năng chịu đựng của máy điện phân PEM đối với nước không tinh khiết. Công trình của họ, được công bố trên tạp chí Nature Energy, giới thiệu một chất xúc tác được biến đổi, tạo ra môi trường vi mô có tính axit hơn bên trong máy điện phân.

Điều này đạt được bằng cách kết hợp oxit axit Brønsted, cụ thể là MoO₃-x, vào cực âm platinum-carbon (Pt/C). Cải tiến này cho phép máy điện phân hoạt động hiệu quả với nước máy, duy trì hiệu suất cao trong hơn 3.000 giờ ở mật độ dòng điện 1,0 A/cm², tương đương với các hệ thống sử dụng nước siêu tinh khiết.

Bằng cách sử dụng các kỹ thuật tiên tiến như điện cực siêu nhỏ pH và kính hiển vi điện hóa, các nhà nghiên cứu xác nhận rằng oxit axit Brønsted làm giảm độ pH cục bộ ở cực âm. Điều này làm tăng động học sản xuất hydro, ngăn ngừa sự lắng đọng các chất gây ô nhiễm và bảo vệ màng khỏi sự phân hủy.

Nghiên cứu này đưa ra tiến bộ đáng kể trong thiết kế máy điện phân PEM, có khả năng giảm nhu cầu sử dụng hệ thống lọc nước tốn kém. Những phát hiện này mở đường cho việc triển khai rộng rãi và thiết thực hơn các hệ thống năng lượng hydro, ngay cả trong môi trường chỉ có nguồn nước không tinh khiết. Trong tương lai, phương pháp mới này có thể giúp sản xuất hydro bền vững dễ tiếp cận hơn và khả thi hơn về mặt kinh tế.