Jeśli chodzi o nowe źródła energii, dobrze znane są energetyka wiatrowa, wodna, słoneczna i jądrowa, a większość z nich to ulubieńcy rynku kapitałowego. Jednakże wodór, jako równie znaczący konkurent, pozostaje stosunkowo nieznany i brakuje mu dużej widoczności. Niemniej jednak czasy się zmieniają. Targi importowe w Szanghaju w listopadzie 2021 r. przełamały ten nieodłączny schemat. Japońska Toyota po raz pierwszy zaprezentowała w Chinach samochód osobowy Mirai drugiej generacji z wodorowymi ogniwami paliwowymi. Może poszczycić się maksymalnym zasięgiem 850 kilometrów, przewyższającym za jednym pociągnięciem większość pojazdów nowej generacji zasilanych litem.
Obecnie tzw. „pojazd napędzany wodorem„ odnosi się konkretnie do samochodów napędzanych wodorowymi ogniwami paliwowymi. Jednakże w przeciwieństwie do akumulatorów litowo-jonowych, wodorowe ogniwa paliwowe to zasadniczo urządzenia wytwarzające energię elektryczną w drodze reakcji chemicznej między wodorem i tlenem. Ostatecznym produktem ubocznym tej reakcji chemicznej jest wyłącznie woda, w przeciwieństwie do konwencjonalnego paliwa pojazdy emitujące substancje takie jak tlenki węgla, tlenki azotu i tlenki siarki. Dlatego wodór jest uważany za źródło energii zdolne do osiągnięcia „zerowej emisji”.
W wodorowych ogniwach paliwowych tytan odgrywa kluczową rolę.Wykonane z tytanu płytki bipolarne w wodorowych ogniwach paliwowych charakteryzują się małą grubością, doskonałą przewodnością, dobrymi właściwościami termicznymi, wysoką wytrzymałością mechaniczną i skuteczną izolacją gazu. Te cechy pomagają zwiększyć gęstość mocy ogniwa. Japoński pojazd Toyota MIRAI z ogniwami paliwowymi wykorzystuje wykonane z tytanu płytki bipolarne. Dodatkowo warstwa dyfuzyjna gazu (GDL lub PTL), stanowiąca 17% kosztu elektrolizera, wykorzystuje wysokiej jakości tytan klasy przemysłowej jako materiał bazowy anody, umożliwiając osiągnięcie maksymalnej aktywności.
Podstawowa zasada działania wodorowych ogniw paliwowych polega na przejściu wodoru przez katalizator (platynę) na elektrodzie dodatniej ogniwa, gdzie rozkłada się on na elektrony i jony wodorowe. Jony wodoru przemieszczają się następnie przez membranę wymiany protonów, aby dotrzeć do elektrody ujemnej, gdzie reagują z tlenem, tworząc wodę i ciepło. Jednocześnie elektrony przepływają od elektrody dodatniej poprzez obwód zewnętrzny do elektrody ujemnej, wytwarzając energię elektryczną.
Krótko mówiąc, wodór i tlen łączą się w ogniwie paliwowym, wytwarzając energię elektryczną i wodę. Pojazd napędza energia elektryczna, a jedynym produktem ubocznym wydalanym z pojazdu jest woda.
Z tej zasady działania wynikają trzy istotne zalety wodorowych ogniw paliwowych:
Po pierwsze czystość: Jedynym produktem ubocznym jest woda, co pozwala uniknąć emisji dwutlenku węgla.
Po drugie, bezpieczeństwo:Proces elektrochemiczny napędzający wodorowe ogniwa paliwowe ogranicza ryzyko samozapłonu lub eksplozji, w przeciwieństwie do systemów opartych na spalaniu.
Po trzecie wygoda: HJod można sprężyć, co ułatwia jego transport i magazynowanie.
Należy zauważyć, że ogniwo paliwowe w pojazdach napędzanych wodorem różni się od konwencjonalnych akumulatorów chemicznych. Ogniwo paliwowe umożliwia reakcję elektrochemiczną pomiędzy wodorem i tlenem bez spalania, wytwarzając wodę jako produkt uboczny i uwalniając energię elektryczną.
Energia elektryczna w pojazdach z wodorowymi ogniwami paliwowymi jest wytwarzana natychmiastowo w wyniku reakcji pomiędzy zmagazynowanym wodorem i tlenem atmosferycznym w stosie ogniw paliwowych, w przeciwieństwie do pojazdów elektrycznych, które magazynują energię z zewnętrznej sieci przed jej wykorzystaniem. Dlatego pomimo nazwy „ogniwo paliwowe” w pojazdach wodorowych, proces uwalniania energii w nich jest bardziej zbliżony do silników spalinowych (reagujących benzynę z zewnętrznym tlenem) niż proces magazynowania energii w pojazdach elektrycznych.
Podobnie jak w pojazdach z silnikiem spalinowym, najdroższym elementem pojazdu z wodorowymi ogniwami paliwowymi jest urządzenie wytwarzające energię, a nie urządzenie magazynujące energię (na przykład w pojazdach elektrycznych najdroższym elementem jest akumulator, a w akumulatorze jest to anoda, katoda i elektrolit). W szczególności chodzi o stos ogniw paliwowych, a nie o zbiornik wodoru.
Ze względu na stosunkowo wysoki koszt systemów wodorowych ogniw paliwowych, zwłaszcza stosu ogniw paliwowych, na obecnym etapie koszty produkcji pojazdów wodorowych są wyższe niż w przypadku pojazdów czysto elektrycznych i tradycyjnych pojazdów z silnikiem spalinowym. Ten czynnik kosztowy pozostaje znaczącym ograniczeniem w rozwoju przemysłu pojazdów napędzanych wodorowymi ogniwami paliwowymi.
