Όσον αφορά τις νέες πηγές ενέργειας, η αιολική ενέργεια, η υδροηλεκτρική ενέργεια, η ηλιακή ενέργεια και η πυρηνική ενέργεια είναι όλα γνωστά, και τα περισσότερα από αυτά είναι αγαπημένα της κεφαλαιαγοράς. Ωστόσο, το υδρογόνο, ως εξίσου σημαντικός υποψήφιος, έχει παραμείνει σχετικά άγνωστο και στερείται ισχυρής ορατότητας. Ωστόσο, οι καιροί αλλάζουν. Η Shanghai Import Expo του Νοεμβρίου 2021 έσπασε αυτό το εγγενές μοτίβο. Η ιαπωνική Toyota παρουσίασε το επιβατικό αυτοκίνητο κυψελών καυσίμου υδρογόνου Mirai δεύτερης γενιάς για πρώτη φορά στην Κίνα. Διαθέτει μέγιστη αυτονομία 850 χιλιομέτρων, ξεπερνώντας την πλειοψηφία των οχημάτων νέας ενέργειας που κινούνται με λίθιο με μία μόνο διαδρομή.
Στις μέρες μας, το λεγόμενο "όχημα που κινείται με υδρογόνο" αναφέρεται συγκεκριμένα στα αυτοκίνητα κυψελών καυσίμου υδρογόνου. Ωστόσο, σε αντίθεση με τις μπαταρίες ιόντων λιθίου, οι κυψέλες καυσίμου υδρογόνου είναι ουσιαστικά συσκευές που παράγουν ηλεκτρική ενέργεια μέσω μιας χημικής αντίδρασης μεταξύ υδρογόνου και οξυγόνου. Το τελικό υποπροϊόν αυτής της χημικής αντίδρασης είναι μόνο νερό, σε αντίθεση με τα συμβατικά καύσιμα οχήματα που εκπέμπουν ουσίες όπως οξείδια του άνθρακα, οξείδια του αζώτου και οξείδια του θείου Ως εκ τούτου, το υδρογόνο θεωρείται πηγή ενέργειας ικανή να επιτύχει «μηδενικές εκπομπές».
Στις κυψέλες καυσίμου υδρογόνου, το τιτάνιο παίζει καθοριστικό ρόλο.Οι διπολικές πλάκες από τιτάνιο σε κυψέλες καυσίμου υδρογόνου διαθέτουν λεπτό πάχος, εξαιρετική αγωγιμότητα, καλές θερμικές ιδιότητες, υψηλή μηχανική αντοχή και αποτελεσματική απομόνωση αερίου. Αυτά τα χαρακτηριστικά βοηθούν στην ενίσχυση της πυκνότητας ισχύος του στοιχείου. Το όχημα κυψελών καυσίμου Toyota MIRAI της Ιαπωνίας χρησιμοποιεί διπολικές πλάκες από τιτάνιο. Επιπλέον, το στρώμα διάχυσης αερίου (GDL ή PTL), που αποτελεί το 17% του κόστους του ηλεκτρολύτη, χρησιμοποιεί τιτάνιο υψηλής απόδοσης βιομηχανικής ποιότητας ως υλικό βάσης ανόδου, επιτρέποντας την επίτευξη της μέγιστης δραστηριότητας.
Η βασική αρχή λειτουργίας των κυψελών καυσίμου υδρογόνου περιλαμβάνει τη διέλευση του υδρογόνου μέσω του καταλύτη (πλατίνα) στο θετικό ηλεκτρόδιο του στοιχείου, όπου αποσυντίθεται σε ηλεκτρόνια και ιόντα υδρογόνου. Στη συνέχεια, τα ιόντα υδρογόνου κινούνται μέσω μιας μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων για να φτάσουν στο αρνητικό ηλεκτρόδιο, όπου αντιδρούν με το οξυγόνο για να σχηματίσουν νερό και θερμότητα. Ταυτόχρονα, τα ηλεκτρόνια ρέουν από το θετικό ηλεκτρόδιο μέσω ενός εξωτερικού κυκλώματος προς το αρνητικό ηλεκτρόδιο, παράγοντας ηλεκτρική ενέργεια.
Με απλά λόγια, το υδρογόνο και το οξυγόνο συνδυάζονται μέσα στην κυψέλη καυσίμου, παράγοντας ηλεκτρική ενέργεια και νερό. Η ηλεκτρική ενέργεια τροφοδοτεί το όχημα, ενώ το νερό είναι το μόνο υποπροϊόν που αποβάλλεται από το όχημα.
Από αυτή τη λειτουργική αρχή, τα σημαντικά πλεονεκτήματα των κυψελών καυσίμου υδρογόνου είναι τρία:
Πρώτον, η καθαριότητα: Το μόνο υποπροϊόν είναι το νερό, αποφεύγοντας τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα.
Δεύτερον, ασφάλεια:Η ηλεκτροχημική διαδικασία που οδηγεί τις κυψέλες καυσίμου υδρογόνου μετριάζει τους κινδύνους αυθόρμητης καύσης ή εκρήξεων, σε αντίθεση με τα συστήματα που βασίζονται στην καύση.
Τρίτον, ευκολία: HΤο αέριο υδρογόνο μπορεί να συμπιεστεί, διευκολύνοντας τη μεταφορά και την αποθήκευση του.
Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η κυψέλη καυσίμου στα οχήματα που κινούνται με υδρογόνο διαφέρει από τις συμβατικές χημικές μπαταρίες. Μια κυψέλη καυσίμου διευκολύνει μια ηλεκτροχημική αντίδραση μεταξύ υδρογόνου και οξυγόνου χωρίς καύση, παράγοντας νερό ως υποπροϊόν και απελευθερώνοντας ηλεκτρική ενέργεια.
Η ηλεκτρική ενέργεια στα οχήματα κυψελών καυσίμου υδρογόνου παράγεται αμέσως μέσω της αντίδρασης μεταξύ αποθηκευμένου υδρογόνου και ατμοσφαιρικού οξυγόνου στη στοίβα κυψελών καυσίμου, σε αντίθεση με τα ηλεκτρικά οχήματα που αποθηκεύουν ενέργεια από ένα εξωτερικό δίκτυο πριν τη χρησιμοποιήσουν. Επομένως, παρά την ονομασία «κυψέλη καυσίμου» στα οχήματα υδρογόνου, η διαδικασία απελευθέρωσης ενέργειας μοιάζει περισσότερο με κινητήρες εσωτερικής καύσης (αντιδρώντας βενζίνη με εξωτερικό οξυγόνο) παρά με τη διαδικασία αποθήκευσης ενέργειας στα ηλεκτρικά οχήματα.
Παρόμοια με τα οχήματα με κινητήρα εσωτερικής καύσης, το πιο ακριβό εξάρτημα σε ένα όχημα κυψελών καυσίμου υδρογόνου είναι η συσκευή παραγωγής ενέργειας και όχι η συσκευή αποθήκευσης ενέργειας (για παράδειγμα, στα ηλεκτρικά οχήματα, το πιο δαπανηρό εξάρτημα είναι η μπαταρία και εντός της μπαταρίας είναι την άνοδο, την κάθοδο και τον ηλεκτρολύτη). Συγκεκριμένα, είναι η στοίβα κυψελών καυσίμου και όχι η δεξαμενή αποθήκευσης υδρογόνου.
Λόγω του σχετικά υψηλού κόστους των συστημάτων κυψελών καυσίμου υδρογόνου, ειδικά της στοίβας κυψελών καυσίμου, το τρέχον στάδιο βλέπει το κόστος παραγωγής οχημάτων υδρογόνου υψηλότερο από αυτό των αμιγώς ηλεκτρικών οχημάτων και των παραδοσιακών οχημάτων με κινητήρα εσωτερικής καύσης. Αυτός ο παράγοντας κόστους παραμένει σημαντικός περιορισμός στην ανάπτυξη της βιομηχανίας οχημάτων κυψελών καυσίμου υδρογόνου.
