Runājot par jauniem enerģijas avotiem, vēja enerģija, hidroenerģija, saules enerģija un kodolenerģija ir labi zināmas, un lielākā daļa no tām ir kapitāla tirgus mīluļi. Tomēr ūdeņradis kā tikpat nozīmīgs sāncensis ir palicis salīdzinoši nezināms un tam trūkst spēcīgas redzamības. Tomēr laiki mainās. Šanhajas importa izstāde 2021. gada novembrī pārtrauca šo raksturīgo modeli. Japānas Toyota pirmo reizi Ķīnā demonstrēja otrās paaudzes ūdeņraža degvielas šūnu vieglo automašīnu Mirai. Tā maksimālais darbības rādiuss ir 850 kilometri, pārspējot lielāko daļu ar litiju darbināmu jauno enerģijas transportlīdzekļu vienā gājienā.
Mūsdienās ts "ar ūdeņradi darbināms transportlīdzeklis" attiecas īpaši uz ūdeņraža kurināmā elementu automašīnām. Tomēr atšķirībā no litija jonu akumulatoriem ūdeņraža kurināmā elementi būtībā ir ierīces, kas ģenerē elektrisko enerģiju ķīmiskā reakcijā starp ūdeņradi un skābekli. Šīs ķīmiskās reakcijas galīgais blakusprodukts ir tikai ūdens, atšķirībā no parastās degvielas transportlīdzekļi, kas izdala tādas vielas kā oglekļa oksīdi, slāpekļa oksīdi un sēra oksīdi. Tāpēc ūdeņradis tiek uzskatīts par enerģijas avotu, kas spēj sasniegt "nulles emisijas".
Ūdeņraža kurināmā elementos titānam ir izšķiroša nozīme.No titāna izgatavotām bipolārajām plāksnēm ūdeņraža kurināmā elementos ir plāns biezums, lieliska vadītspēja, labas termiskās īpašības, augsta mehāniskā izturība un efektīva gāzes izolācija. Šīs īpašības palīdz palielināt šūnas jaudas blīvumu. Japānas Toyota MIRAI degvielas šūnu transportlīdzeklis izmanto no titāna izgatavotas bipolāras plāksnes. Turklāt gāzes difūzijas slānis (GDL vai PTL), kas veido 17% no elektrolizatora izmaksām, izmanto augstas veiktspējas rūpnieciskas kvalitātes titānu kā anoda pamatmateriālu, kas ļauj sasniegt maksimālu aktivitāti.
Ūdeņraža kurināmā elementu darbības pamatprincips ietver ūdeņradi, kas iet cauri katalizatoram (platīnam) pie šūnas pozitīvā elektroda, kur tas sadalās elektronos un ūdeņraža jonos. Pēc tam ūdeņraža joni pārvietojas caur protonu apmaiņas membrānu, lai sasniegtu negatīvo elektrodu, kur tie reaģē ar skābekli, veidojot ūdeni un siltumu. Tajā pašā laikā elektroni plūst no pozitīvā elektroda caur ārējo ķēdi uz negatīvo elektrodu, radot elektrisko enerģiju.
Vienkārši izsakoties, ūdeņradis un skābeklis apvienojas kurināmā elementā, radot elektrību un ūdeni. Elektrība darbina transportlīdzekli, savukārt ūdens ir vienīgais blakusprodukts, kas tiek izvadīts no transportlīdzekļa.
No šī darbības principa ūdeņraža kurināmā elementiem ir trīs būtiskas priekšrocības:
Pirmkārt, tīrība: Vienīgais blakusprodukts ir ūdens, izvairoties no oglekļa dioksīda emisijām.
Otrkārt, drošība:Elektroķīmiskais process, kas darbina ūdeņraža kurināmā elementus, atšķirībā no sistēmām, kuru pamatā ir sadegšana, mazina spontānas aizdegšanās vai eksplozijas risku.
Treškārt, ērtības: Hūdeņraža gāzi var saspiest, atvieglojot tās transportēšanu un uzglabāšanu.
Ir svarīgi atzīmēt, ka degvielas šūna ar ūdeņradi darbināmos transportlīdzekļos atšķiras no parastajiem ķīmiskajiem akumulatoriem. Kurināmā šūna veicina elektroķīmisko reakciju starp ūdeņradi un skābekli bez sadegšanas, radot ūdeni kā blakusproduktu un atbrīvojot elektrisko enerģiju.
Ūdeņraža kurināmā elementu transportlīdzekļos elektriskā enerģija tiek ģenerēta uzreiz, reaģējot uz uzglabāto ūdeņradi un atmosfēras skābekli kurināmā elementu kaudzes iekšienē, atšķirībā no elektriskajiem transportlīdzekļiem, kas pirms izmantošanas uzglabā enerģiju no ārējā tīkla. Tāpēc, neskatoties uz nosaukumu "degvielas šūna" ūdeņraža transportlīdzekļos, to enerģijas izdalīšanas process ir vairāk līdzīgs iekšdedzes dzinējiem (benzīna reakcijai ar ārējo skābekli), nevis enerģijas uzkrāšanas procesam elektriskajos transportlīdzekļos.
Līdzīgi kā transportlīdzekļos ar iekšdedzes dzinēju, ūdeņraža degvielas šūnu transportlīdzekļa visdārgākā sastāvdaļa ir enerģijas ģenerēšanas ierīce, nevis enerģijas uzkrāšanas ierīce (piemēram, elektriskajos transportlīdzekļos visdārgākā sastāvdaļa ir akumulators, un akumulatorā tas ir anodu, katodu un elektrolītu). Konkrētāk, tas ir kurināmā elementu kaudze, nevis ūdeņraža uzglabāšanas tvertne.
Tā kā ūdeņraža kurināmā elementu sistēmas, jo īpaši degvielas elementu kaudzes, ir salīdzinoši augstās izmaksas, pašreizējā posmā ūdeņraža transportlīdzekļu ražošanas izmaksas ir augstākas nekā tīri elektrisko transportlīdzekļu un tradicionālo iekšdedzes dzinēju transportlīdzekļu izmaksas. Šis izmaksu faktors joprojām ir būtisks ierobežojums ūdeņraža kurināmā elementu transportlīdzekļu nozares attīstībā.
