Ami az új energiaforrásokat illeti, a szélenergia, a vízenergia, a napenergia és az atomenergia mind jól ismertek, és legtöbbjük a tőkepiac kedvence. A hidrogén azonban, mint ugyanilyen jelentős versenytárs, viszonylag ismeretlen maradt, és nincs erős láthatósága. Ennek ellenére az idők változnak. A 2021. novemberi Shanghai Import Expo megtörte ezt az eredendő mintát. A japán Toyota Kínában mutatta be először a második generációs Mirai hidrogén üzemanyagcellás személygépkocsit. Maximum 850 kilométeres hatótávolsággal büszkélkedhet, egyetlen mozdulattal felülmúlva a legtöbb lítiumüzemű új energetikai járművet.
Napjainkban az ún.hidrogénüzemű jármű" kifejezetten a hidrogén üzemanyagcellás autókra vonatkozik. A lítium-ion akkumulátorokkal ellentétben azonban a hidrogén üzemanyagcellák alapvetően olyan eszközök, amelyek a hidrogén és az oxigén közötti kémiai reakció során elektromos energiát állítanak elő. A kémiai reakció végső mellékterméke a hagyományos üzemanyaggal ellentétben kizárólag víz szén-oxidokat, nitrogén-oxidokat és kén-oxidokat kibocsátó járműveket, ezért a hidrogént olyan energiaforrásnak tekintik, amely képes „nulla kibocsátás” elérésére.
A hidrogén üzemanyagcellákban a titán döntő szerepet játszik.A hidrogén üzemanyagcellákban lévő titánból készült bipoláris lemezek vékony vastagsággal, kiváló vezetőképességgel, jó termikus tulajdonságokkal, nagy mechanikai szilárdsággal és hatékony gázszigeteléssel rendelkeznek. Ezek a jellemzők elősegítik a cella teljesítménysűrűségének növelését. A japán Toyota MIRAI üzemanyagcellás jármű titánból készült bipoláris lemezeket használ. Ezenkívül az elektrolizáló költségének 17%-át kitevő gázdiffúziós réteg (GDL vagy PTL) nagy teljesítményű, ipari minőségű titánt használ anód alapanyagként, ami lehetővé teszi a maximális aktivitás elérését.
A hidrogén üzemanyagcellák működési elve abból áll, hogy a hidrogén áthalad a katalizátoron (platina) a cella pozitív elektródáján, ahol elektronokra és hidrogénionokra bomlik. A hidrogénionok ezután egy protoncserélő membránon áthaladva elérik a negatív elektródát, ahol oxigénnel reagálva vizet és hőt képeznek. Ezzel egyidejűleg az elektronok a pozitív elektródáról egy külső áramkörön keresztül a negatív elektródára áramlanak, elektromos energiát generálva.
Egyszerűen fogalmazva, a hidrogén és az oxigén egyesül az üzemanyagcellában, elektromos áramot és vizet termelve. Az elektromos áram táplálja a járművet, míg a víz az egyetlen melléktermék, amely kiürül a járműből.
Ebből a működési elvből a hidrogén üzemanyagcellák jelentős előnyei háromszorosak:
Először is a tisztaság: Az egyetlen melléktermék a víz, elkerülve a szén-dioxid-kibocsátást.
Másodszor a biztonság:A hidrogén üzemanyagcellákat működtető elektrokémiai folyamat csökkenti a spontán égés vagy robbanás kockázatát, ellentétben az égési alapú rendszerekkel.
Harmadszor, a kényelem: HAz hidrogéngáz összenyomható, ami megkönnyíti a szállítását és tárolását.
Fontos megjegyezni, hogy a hidrogénüzemű járművek üzemanyagcellája eltér a hagyományos vegyi akkumulátoroktól. Az üzemanyagcella elősegíti a hidrogén és az oxigén közötti elektrokémiai reakciót égés nélkül, melléktermékként vizet termelve és elektromos energiát szabadítva fel.
A hidrogénüzemanyagcellás járművek elektromos energiája azonnal keletkezik a tárolt hidrogén és a légköri oxigén közötti reakció során az üzemanyagcella-kötegben, ellentétben az elektromos járművekkel, amelyek egy külső hálózatról tárolják az energiát, mielőtt azt felhasználnák. Ezért a hidrogénüzemű járművekben használt "üzemanyagcella" elnevezés ellenére ezek energiafelszabadítási folyamata jobban hasonlít a belső égésű motorokhoz (a benzint külső oxigénnel reagáltatja), mint az elektromos járművek energiatárolási folyamatával.
A belső égésű motoros járművekhez hasonlóan a hidrogénüzemanyagcellás járművek legdrágább alkatrésze az energiatermelő berendezés, nem pedig az energiatároló eszköz (például elektromos járművekben a legköltségesebb alkatrész az akkumulátor, az akkumulátoron belül pedig az anód, a katód és az elektrolit). Pontosabban, ez inkább az üzemanyagcella-köteg, mint a hidrogéntároló tartály.
A hidrogénüzemanyagcellás rendszerek, különösen az üzemanyagcella-rendszer viszonylag magas költsége miatt a jelenlegi szakaszban a hidrogénüzemű járművek gyártási költségei magasabbak, mint a tisztán elektromos járművek és a hagyományos belső égésű motoros járműveké. Ez a költségtényező továbbra is jelentős korlátot jelent a hidrogén üzemanyagcellás járműipar fejlődésében.
