När det kommer till nya energikällor är vindkraft, vattenkraft, solkraft och kärnkraft välkända, och de flesta av dem är älsklingar på kapitalmarknaden. Emellertid har väte, som en lika betydande utmanare, förblivit relativt okänd och saknar stark sikt. Ändå förändras tiderna. Shanghai Import Expo i november 2021 bröt detta inneboende mönster. Japanska Toyota visade upp andra generationens Mirai vätgasbränslecellspersonbil för första gången i Kina. Den har en maximal räckvidd på 850 kilometer och överträffar majoriteten av litiumdrivna nya energifordon i ett enda slag.
Numera är det så kallade "vätgasdrivna fordon" hänvisar specifikt till vätebränslecellsbilar. Men till skillnad från litiumjonbatterier är vätebränsleceller i huvudsak enheter som genererar elektrisk energi genom en kemisk reaktion mellan väte och syre. Den ultimata biprodukten av denna kemiska reaktion är enbart vatten, till skillnad från konventionellt bränsle fordon som släpper ut ämnen som koloxider, kväveoxider och svaveloxider. Därför anses väte vara en energikälla som kan uppnå "nollutsläpp".
I vätebränsleceller spelar titan en avgörande roll.Titantillverkade bipolära plattor i vätebränsleceller har tunn tjocklek, utmärkt ledningsförmåga, goda termiska egenskaper, hög mekanisk hållfasthet och effektiv gasisolering. Dessa egenskaper hjälper till att förbättra cellens effekttäthet. Japanska Toyota MIRAI bränslecellsfordon använder titantillverkade bipolära plattor. Dessutom använder gasdiffusionsskiktet (GDL eller PTL), som utgör 17 % av elektrolysatorns kostnad, högpresterande titan av industriell kvalitet som anodbasmaterial, vilket möjliggör uppnåendet av maximal aktivitet.
Den grundläggande arbetsprincipen för vätebränsleceller innebär att väte passerar genom katalysatorn (platina) vid cellens positiva elektrod, där det sönderdelas till elektroner och vätejoner. Vätejonerna rör sig sedan genom ett protonbytesmembran för att nå den negativa elektroden, där de reagerar med syre för att bilda vatten och värme. Samtidigt strömmar elektroner från den positiva elektroden genom en extern krets till den negativa elektroden och genererar elektrisk energi.
Enkelt uttryckt kombineras väte och syre i bränslecellen och producerar elektricitet och vatten. Elektriciteten driver fordonet, medan vatten är den enda biprodukten som drivs ut ur fordonet.
Från denna operativa princip är de betydande fördelarna med vätebränsleceller tre:
För det första, renlighet: Den enda biprodukten är vatten, vilket undviker koldioxidutsläpp.
För det andra, säkerhet:Den elektrokemiska processen som driver vätebränsleceller minskar riskerna för spontan förbränning eller explosioner, till skillnad från förbränningsbaserade system.
För det tredje, bekvämlighet: Hydrogengas kan komprimeras, vilket underlättar transport och lagring.
Det är viktigt att notera att bränslecellen i vätgasdrivna fordon skiljer sig från de konventionella kemiska batterierna. En bränslecell underlättar en elektrokemisk reaktion mellan väte och syre utan förbränning, producerar vatten som en biprodukt och frigör elektrisk energi.
Den elektriska energin i vätebränslecellsfordon genereras omedelbart genom reaktionen mellan lagrat väte och atmosfäriskt syre i bränslecellstapeln, till skillnad från elfordon som lagrar energi från ett externt nät innan det används. Därför, trots namnet "bränslecell" i vätgasfordon, är deras energifrisättningsprocess mer lik förbränningsmotorer (som reagerar bensin med externt syre) än energilagringsprocessen i elfordon.
I likhet med fordon med förbränningsmotorer är den dyraste komponenten i ett vätebränslecellsfordon energigenereringsanordningen snarare än energilagringsanordningen (till exempel i elfordon är den dyraste komponenten batteriet, och i batteriet är det anoden, katoden och elektrolyten). Specifikt är det bränslecellstapeln snarare än vätgaslagringstanken.
På grund av de relativt höga kostnaderna för vätebränslecellsystem, särskilt bränslecellsstapeln, ser det nuvarande skedet att produktionskostnaderna för vätefordon är högre än för rena elfordon och traditionella förbränningsmotorfordon. Denna kostnadsfaktor förblir en betydande begränsning i utvecklingen av vätebränslecellfordonsindustrin.
