Kada su u pitanju novi izvori energije, energija vjetra, hidroenergija, solarna energija i nuklearna energija su dobro poznate, a većina njih su miljenici tržišta kapitala. Međutim, vodonik, kao jednako značajan kandidat, ostao je relativno nepoznat i nedostaje mu jaka vidljivost. Ipak, vremena se mijenjaju. Shanghai Import Expo u novembru 2021. razbio je ovaj inherentan obrazac. Japanska Toyota predstavila je drugu generaciju putničkog automobila Mirai sa vodoničnim gorivnim ćelijama po prvi put u Kini. Može se pohvaliti maksimalnim dometom od 850 kilometara, nadmašujući većinu novih energetskih vozila na litijum u jednom potezu.
U današnje vrijeme tzv.vozilo na vodonik" odnosi se posebno na automobile sa vodoničnim gorivnim ćelijama. Međutim, za razliku od litijum-jonskih baterija, vodonične gorivne ćelije su u suštini uređaji koji proizvode električnu energiju kroz hemijsku reakciju između vodika i kiseonika. Krajnji nusprodukt ove hemijske reakcije je isključivo voda, za razliku od konvencionalnog goriva vozila koja emituju tvari kao što su ugljični oksidi, dušikovi oksidi i oksidi sumpora. Stoga se vodonik smatra izvorom energije koji može postići "nultu emisiju".
U vodoničnim gorivnim ćelijama titan igra ključnu ulogu.Bipolarne ploče napravljene od titanijuma u vodoničnim gorivnim ćelijama imaju tanku debljinu, odličnu provodljivost, dobra termička svojstva, visoku mehaničku čvrstoću i efikasnu gasnu izolaciju. Ove karakteristike pomažu u povećanju gustine snage ćelije. Japansko vozilo sa gorivnim ćelijama Toyota MIRAI koristi bipolarne ploče od titanijuma. Dodatno, sloj za difuziju gasa (GDL ili PTL), koji čini 17% cene elektrolizera, koristi industrijski titanijum visokih performansi kao osnovni materijal anode, omogućavajući postizanje maksimalne aktivnosti.
Osnovni princip rada vodoničnih gorivnih ćelija uključuje vodonik koji prolazi kroz katalizator (platinu) na pozitivnoj elektrodi ćelije, gdje se razlaže na elektrone i vodikove ione. Joni vodika se zatim kreću kroz membranu za izmjenu protona kako bi došli do negativne elektrode, gdje reagiraju s kisikom stvarajući vodu i toplinu. Istovremeno, elektroni teku od pozitivne elektrode kroz vanjski krug do negativne elektrode, stvarajući električnu energiju.
Jednostavno rečeno, vodonik i kiseonik se kombinuju unutar gorivne ćelije, proizvodeći električnu energiju i vodu. Struja pokreće vozilo, dok je voda jedini nusproizvod koji se izbacuje iz vozila.
Iz ovog principa rada, značajne prednosti vodoničnih gorivnih ćelija su trostruke:
Prvo, čistoća: Jedini nusproizvod je voda, čime se izbjegava emisija ugljičnog dioksida.
Drugo, sigurnost:Elektrohemijski proces koji pokreće vodonične gorive ćelije ublažava rizike od spontanog sagorevanja ili eksplozije, za razliku od sistema zasnovanih na sagorevanju.
Treće, pogodnost: HGas vodonik se može komprimirati, što olakšava njegov transport i skladištenje.
Važno je napomenuti da se gorivne ćelije u vozilima na vodonik razlikuju od konvencionalnih hemijskih baterija. Gorivna ćelija olakšava elektrohemijsku reakciju između vodika i kiseonika bez sagorevanja, proizvodeći vodu kao nusproizvod i oslobađajući električnu energiju.
Električna energija u vozilima na vodikove gorivne ćelije se generira trenutno kroz reakciju između uskladištenog vodonika i atmosferskog kisika unutar gorivih ćelija, za razliku od električnih vozila koja pohranjuju energiju iz vanjske mreže prije nego što je iskoriste. Stoga, uprkos nazivu "goriva ćelija" u vozilima na vodik, njihov proces oslobađanja energije više je sličan motorima sa unutrašnjim sagorevanjem (reagujući benzin sa spoljnim kiseonikom) nego procesu skladištenja energije u električnim vozilima.
Slično vozilima s motorom s unutrašnjim sagorijevanjem, najskuplja komponenta u vozilu na vodikove gorivne ćelije je uređaj za proizvodnju energije, a ne uređaj za skladištenje energije (na primjer, u električnim vozilima, najskuplja komponenta je baterija, a unutar baterije je anoda, katoda i elektrolit). Konkretno, radi se o snopu gorivih ćelija, a ne o rezervoaru za skladištenje vodonika.
Zbog relativno visokih troškova sistema vodoničnih gorivnih ćelija, posebno dimnjaka gorivnih ćelija, u sadašnjoj fazi troškovi proizvodnje vozila na vodonik su veći od onih za čisto električna vozila i vozila sa tradicionalnim motorima sa unutrašnjim sagorevanjem. Ovaj faktor troškova ostaje značajno ograničenje u razvoju industrije vozila sa vodoničnim gorivnim ćelijama.
