Quan es tracta de noves fonts d'energia, l'energia eòlica, hidràulica, solar i nuclear són molt conegudes, i la majoria són estimades del mercat de capitals. No obstant això, l'hidrogen, com a competidor igualment important, s'ha mantingut relativament desconegut i no té una forta visibilitat. Tot i això, els temps estan canviant. La Xangai Import Expo de novembre de 2021 va trencar aquest patró inherent. La japonesa Toyota va presentar per primera vegada a la Xina el cotxe de passatgers de pila de combustible d'hidrogen Mirai de segona generació. Compta amb una autonomia màxima de 850 quilòmetres, superant la majoria dels vehicles de nova energia propulsats amb liti en un sol cop.
Actualment, l'anomenat "vehicle propulsat amb hidrogen" es refereix específicament als cotxes de piles de combustible d'hidrogen. Tanmateix, a diferència de les bateries d'ions de liti, les piles de combustible d'hidrogen són essencialment dispositius que generen energia elèctrica mitjançant una reacció química entre l'hidrogen i l'oxigen. El subproducte final d'aquesta reacció química és únicament l'aigua, a diferència del combustible convencional. vehicles que emeten substàncies com òxids de carboni, òxids de nitrogen i òxids de sofre, per tant, l'hidrogen es considera una font d'energia capaç d'aconseguir “zero emissions”.
A les piles de combustible d'hidrogen, el titani té un paper crucial.Les plaques bipolars fetes de titani a les piles de combustible d'hidrogen tenen un gruix prim, una conductivitat excel·lent, bones propietats tèrmiques, una gran resistència mecànica i un aïllament eficient del gas. Aquestes característiques ajuden a millorar la densitat de potència de la cèl·lula. El vehicle de pila de combustible Toyota MIRAI del Japó utilitza plaques bipolars fetes de titani. A més, la capa de difusió de gas (GDL o PTL), que constitueix el 17% del cost de l'electrolitzador, empra titani de grau industrial d'alt rendiment com a material base de l'ànode, que permet assolir la màxima activitat.
El principi bàsic de funcionament de les piles de combustible d'hidrogen implica que l'hidrogen passa pel catalitzador (platí) a l'elèctrode positiu de la cèl·lula, on es descompon en electrons i ions d'hidrogen. Aleshores, els ions d'hidrogen es mouen a través d'una membrana d'intercanvi de protons per arribar a l'elèctrode negatiu, on reaccionen amb l'oxigen per formar aigua i calor. Simultàniament, els electrons flueixen des de l'elèctrode positiu a través d'un circuit extern fins a l'elèctrode negatiu, generant energia elèctrica.
En termes simples, l'hidrogen i l'oxigen es combinen dins de la pila de combustible, produint electricitat i aigua. L'electricitat alimenta el vehicle, mentre que l'aigua és l'únic subproducte expulsat del vehicle.
A partir d'aquest principi de funcionament, els avantatges significatius de les piles de combustible d'hidrogen són tres:
En primer lloc, la neteja: L'únic subproducte és l'aigua, evitant emissions de diòxid de carboni.
En segon lloc, seguretat:El procés electroquímic que condueix les piles de combustible d'hidrogen mitiga els riscos de combustió espontània o explosions, a diferència dels sistemes basats en la combustió.
En tercer lloc, conveniència: HEl gas hidrogen es pot comprimir, facilitant el seu transport i emmagatzematge.
És important tenir en compte que la pila de combustible dels vehicles propulsats amb hidrogen difereix de les bateries químiques convencionals. Una pila de combustible facilita una reacció electroquímica entre l'hidrogen i l'oxigen sense combustió, produint aigua com a subproducte i alliberant energia elèctrica.
L'energia elèctrica dels vehicles de pila de combustible d'hidrogen es genera a l'instant mitjançant la reacció entre l'hidrogen emmagatzemat i l'oxigen atmosfèric dins de la pila de pila de combustible, a diferència dels vehicles elèctrics que emmagatzemen energia d'una xarxa externa abans d'utilitzar-la. Per tant, malgrat el nom de "pila de combustible" als vehicles d'hidrogen, el seu procés d'alliberament d'energia és més semblant als motors de combustió interna (que reaccionen la gasolina amb l'oxigen extern) que el procés d'emmagatzematge d'energia en els vehicles elèctrics.
De manera semblant als vehicles amb motor de combustió interna, el component més car d'un vehicle de pila de combustible d'hidrogen és el dispositiu de generació d'energia en lloc del dispositiu d'emmagatzematge d'energia (per exemple, en els vehicles elèctrics, el component més costós és la bateria i, dins de la bateria, és l'ànode, el càtode i l'electròlit). Concretament, és la pila de pila de combustible en lloc del dipòsit d'emmagatzematge d'hidrogen.
A causa del cost relativament elevat dels sistemes de pila de combustible d'hidrogen, especialment la pila de combustible, l'etapa actual veu els costos de producció de vehicles d'hidrogen més alts que els dels vehicles elèctrics purs i els vehicles de motor de combustió tradicionals. Aquest factor de cost continua sent una limitació important en el desenvolupament de la indústria de vehicles de piles de combustible d'hidrogen.
