Когато става въпрос за нови енергийни източници, вятърната енергия, водната енергия, слънчевата енергия и ядрената енергия са добре познати и повечето от тях са любимци на капиталовия пазар. Водородът обаче, като също толкова значим съперник, остава сравнително неизвестен и му липсва силна видимост. Въпреки това времената се променят. Изложението за внос в Шанхай през ноември 2021 г. наруши този присъщ модел. Японската Toyota показа второто поколение пътнически автомобил с водородни горивни клетки Mirai за първи път в Китай. Той може да се похвали с максимален пробег от 850 километра, надминавайки повечето задвижвани с литий нови енергийни превозни средства с един удар.
В наши дни т.нар.превозно средство, задвижвано с водород" се отнася специално за автомобили с водородни горивни клетки. Въпреки това, за разлика от литиево-йонните батерии, водородните горивни клетки са по същество устройства, които генерират електрическа енергия чрез химическа реакция между водород и кислород. Крайният страничен продукт от тази химическа реакция е единствено вода, за разлика от конвенционалното гориво превозни средства, които отделят вещества като въглеродни оксиди, азотни оксиди и серни оксиди.Следователно водородът се счита за източник на енергия, способен да постигне „нулеви емисии“.
Във водородните горивни клетки титанът играе решаваща роля.Произведените от титан биполярни плочи във водородните горивни клетки имат малка дебелина, отлична проводимост, добри термични свойства, висока механична якост и ефективна изолация на газа. Тези характеристики спомагат за повишаване на плътността на мощността на клетката. Японският автомобил с горивни клетки Toyota MIRAI използва изработени от титан биполярни пластини. Освен това газодифузионният слой (GDL или PTL), съставляващ 17% от цената на електролизера, използва високоефективен промишлен титан като аноден основен материал, което позволява постигането на максимална активност.
Основният принцип на работа на водородните горивни клетки включва преминаване на водород през катализатора (платина) на положителния електрод на клетката, където се разлага на електрони и водородни йони. След това водородните йони преминават през протонообменна мембрана, за да достигнат отрицателния електрод, където реагират с кислорода, за да образуват вода и топлина. Едновременно с това електроните преминават от положителния електрод през външна верига към отрицателния електрод, генерирайки електрическа енергия.
С прости думи, водородът и кислородът се комбинират в горивната клетка, произвеждайки електричество и вода. Електричеството захранва превозното средство, докато водата е единственият страничен продукт, изхвърлен от превозното средство.
От този принцип на работа значителните предимства на водородните горивни клетки са три:
Първо, чистота: Единственият страничен продукт е водата, като се избягват емисиите на въглероден диоксид.
Второ, безопасност:Електрохимичният процес, задвижващ водородните горивни клетки, намалява рисковете от спонтанно запалване или експлозии, за разлика от системите, базирани на горене.
Трето, удобство: Hводородният газ може да бъде компресиран, което улеснява транспортирането и съхранението му.
Важно е да се отбележи, че горивната клетка в превозните средства, задвижвани с водород, се различава от конвенционалните химически батерии. Горивната клетка улеснява електрохимична реакция между водород и кислород без изгаряне, произвеждайки вода като страничен продукт и освобождавайки електрическа енергия.
Електрическата енергия в превозните средства с водородни горивни клетки се генерира мигновено чрез реакцията между съхранявания водород и атмосферния кислород в купчината с горивни клетки, за разлика от електрическите превозни средства, които съхраняват енергия от външна мрежа, преди да я използват. Следователно, въпреки името „горивна клетка“ във водородните превозни средства, техният процес на освобождаване на енергия е по-близък до двигателите с вътрешно горене (реагиращи на бензин с външен кислород), отколкото процеса на съхранение на енергия в електрически превозни средства.
Подобно на превозните средства с двигател с вътрешно горене, най-скъпият компонент в превозно средство с водородни горивни клетки е устройството за генериране на енергия, а не устройството за съхранение на енергия (например при електрическите превозни средства най-скъпият компонент е батерията, а в батерията е анод, катод и електролит). По-конкретно, това е купчината на горивните клетки, а не резервоарът за съхранение на водород.
Поради относително високата цена на системите с водородни горивни клетки, особено на стека с горивни клетки, на настоящия етап разходите за производство на водородни превозни средства са по-високи от тези на чисто електрическите превозни средства и традиционните превозни средства с двигател с вътрешно горене. Този разходен фактор остава значително ограничение в развитието на автомобилната индустрия с водородни горивни клетки.
