Kad je riječ o novim izvorima energije, vjetroenergija, hidroenergija, solarna energija i nuklearna energija su svi poznati, a većina njih miljenici tržišta kapitala. Međutim, vodik, kao jednako značajan konkurent, ostao je relativno nepoznat i nedostaje mu jaka vidljivost. Ipak, vremena se mijenjaju. Shanghai Import Expo u studenom 2021. razbio je ovaj inherentni obrazac. Japanska Toyota je prvi put u Kini predstavila putnički automobil Mirai na vodikove gorive ćelije druge generacije. Može se pohvaliti maksimalnim dometom od 850 kilometara, nadmašujući većinu novih energetskih vozila s litij pogonom u jednom potezu.
U današnje vrijeme tzv.vozilo na vodikov pogon" odnosi se posebno na automobile s vodikovim gorivim ćelijama. Međutim, za razliku od litij-ionskih baterija, vodikove gorivne ćelije u biti su uređaji koji stvaraju električnu energiju putem kemijske reakcije između vodika i kisika. Konačni nusprodukt ove kemijske reakcije je isključivo voda, za razliku od konvencionalnog goriva vozila koja emitiraju tvari kao što su ugljikovi oksidi, dušikovi oksidi i sumporni oksidi. Stoga se vodik smatra izvorom energije koji može postići "nula emisija".
U vodikovim gorivim ćelijama titan ima presudnu ulogu.Bipolarne ploče izrađene od titana u vodikovim gorivim ćelijama imaju tanku debljinu, odličnu vodljivost, dobra toplinska svojstva, visoku mehaničku čvrstoću i učinkovitu izolaciju plina. Ove karakteristike pomažu u povećanju gustoće snage ćelije. Japansko vozilo Toyota MIRAI na gorive ćelije koristi bipolarne ploče izrađene od titana. Dodatno, sloj za difuziju plina (GDL ili PTL), koji čini 17% cijene elektrolizatora, koristi visokoučinkovit industrijski titan kao osnovni materijal anode, što omogućuje postizanje maksimalne aktivnosti.
Osnovni princip rada vodikovih gorivih ćelija uključuje vodik koji prolazi kroz katalizator (platinu) na pozitivnoj elektrodi ćelije, gdje se razgrađuje na elektrone i ione vodika. Vodikovi ioni zatim prolaze 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, generirajući električnu energiju.
Jednostavno rečeno, vodik i kisik spajaju se unutar gorive ćelije, proizvodeći struju i vodu. Električna energija pokreće vozilo, dok je voda jedini nusproizvod koji se izbacuje iz vozila.
Iz ovog načela rada, značajne prednosti vodikovih gorivih ćelija su trostruke:
Prvo, čistoća: Jedini nusprodukt je voda, čime se izbjegavaju emisije ugljičnog dioksida.
Drugo, sigurnost:Elektrokemijski proces koji pokreće vodikove gorive ćelije umanjuje rizik od spontanog izgaranja ili eksplozije, za razliku od sustava koji se temelje na izgaranju.
Treće, pogodnost: Hvodikov plin može se komprimirati, olakšavajući njegov transport i skladištenje.
Važno je napomenuti da se gorive ćelije u vozilima s pogonom na vodik razlikuju od konvencionalnih kemijskih baterija. Gorivna ćelija omogućuje elektrokemijsku reakciju između vodika i kisika bez izgaranja, proizvodeći vodu kao nusprodukt i oslobađajući električnu energiju.
Električna energija u vozilima s vodikovim gorivim ćelijama generira se trenutačno reakcijom između pohranjenog vodika i atmosferskog kisika unutar sklopa gorivih ćelija, za razliku od električnih vozila koja pohranjuju energiju iz vanjske mreže prije nego što je iskoriste. Stoga, unatoč nazivu "gorivne ćelije" u vozilima na vodik, njihov proces oslobađanja energije sličniji je motorima s unutarnjim izgaranjem (reakcija benzina s vanjskim kisikom) nego procesu skladištenja energije u električnim vozilima.
Slično vozilima s motorom s unutarnjim izgaranjem, najskuplja komponenta u vozilu s vodikovim gorivim ćelijama je uređaj za proizvodnju energije, a ne uređaj za pohranu energije (na primjer, u električnim vozilima, najskuplja komponenta je baterija, a unutar baterije je anoda, katoda i elektrolit). Točnije, to je sklop gorivih ćelija, a ne spremnik vodika.
Zbog relativno visoke cijene sustava vodikovih gorivih ćelija, posebno sklopa gorivih ćelija, u sadašnjoj fazi troškovi proizvodnje vozila na vodik su viši od troškova čisto električnih vozila i tradicionalnih vozila s motorom s unutarnjim izgaranjem. Ovaj čimbenik troškova ostaje značajno ograničenje u razvoju industrije vozila s vodikovim gorivim ćelijama.
