เมื่อพูดถึงแหล่งพลังงานใหม่ พลังงานลม พลังงานน้ำ พลังงานแสงอาทิตย์ และพลังงานนิวเคลียร์ล้วนเป็นที่รู้จัก และส่วนใหญ่เป็นที่ชื่นชอบของตลาดทุน อย่างไรก็ตาม ไฮโดรเจนซึ่งเป็นคู่แข่งที่มีนัยสำคัญพอๆ กัน ยังไม่ค่อยเป็นที่รู้จักและขาดการมองเห็นที่ชัดเจน อย่างไรก็ตาม เวลากำลังเปลี่ยนแปลง Shanghai Import Expo เดือนพฤศจิกายน 2021 ได้ทำลายรูปแบบเดิมนี้ โตโยต้าของญี่ปุ่นจัดแสดงรถยนต์โดยสารเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน Mirai เจเนอเรชั่นที่ 2 เป็นครั้งแรกในจีน มีพิสัยทำการสูงสุด 850 กิโลเมตร แซงหน้ารถยนต์พลังงานใหม่ที่ใช้ลิเธียมส่วนใหญ่ในจังหวะเดียว
ในปัจจุบันนี้เรียกว่า "ยานพาหนะที่ใช้พลังงานไฮโดรเจน" หมายถึง รถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนโดยเฉพาะ อย่างไรก็ตาม ไม่เหมือนกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนเป็นอุปกรณ์สำคัญที่สร้างพลังงานไฟฟ้าผ่านปฏิกิริยาเคมีระหว่างไฮโดรเจนกับออกซิเจน ผลพลอยได้ขั้นสุดท้ายของปฏิกิริยาเคมีนี้คือน้ำเพียงอย่างเดียว ซึ่งต่างจากเชื้อเพลิงทั่วไป ยานพาหนะที่ปล่อยสารต่างๆ เช่น คาร์บอนออกไซด์ ไนโตรเจนออกไซด์ และซัลเฟอร์ออกไซด์ ดังนั้น ไฮโดรเจนจึงถือเป็นแหล่งพลังงานที่สามารถ "ปล่อยก๊าซเรือนกระจกเป็นศูนย์" ได้
ในเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน ไทเทเนียมมีบทบาทสำคัญในแผ่นไบโพลาร์ที่ทำจากไททาเนียมในเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนมีความหนาบาง มีการนำไฟฟ้าได้ดีเยี่ยม คุณสมบัติทางความร้อนที่ดี มีความแข็งแรงเชิงกลสูง และแยกก๊าซได้อย่างมีประสิทธิภาพ ลักษณะเหล่านี้ช่วยในการเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานของเซลล์ รถยนต์เซลล์เชื้อเพลิง Toyota MIRAI ของญี่ปุ่นใช้แผ่นไบโพลาร์ที่ผลิตจากไทเทเนียม นอกจากนี้ ชั้นการแพร่กระจายก๊าซ (GDL หรือ PTL) ซึ่งคิดเป็น 17% ของต้นทุนอิเล็กโตรไลเซอร์นั้นใช้ไทเทเนียมเกรดอุตสาหกรรมประสิทธิภาพสูงเป็นวัสดุฐานแอโนด ช่วยให้บรรลุกิจกรรมสูงสุด
หลักการทำงานพื้นฐานของเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนเกี่ยวข้องกับไฮโดรเจนที่ผ่านตัวเร่งปฏิกิริยา (แพลตตินัม) ที่ขั้วบวกของเซลล์ ซึ่งสลายตัวเป็นอิเล็กตรอนและไอออนของไฮโดรเจน จากนั้นไอออนไฮโดรเจนจะเคลื่อนที่ผ่านเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอนเพื่อไปยังขั้วลบ ซึ่งไอออนจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนเพื่อสร้างน้ำและความร้อน ในขณะเดียวกัน อิเล็กตรอนจะไหลจากอิเล็กโทรดบวกผ่านวงจรภายนอกไปยังอิเล็กโทรดลบ ทำให้เกิดพลังงานไฟฟ้า
พูดง่ายๆ ก็คือ ไฮโดรเจนและออกซิเจนรวมกันภายในเซลล์เชื้อเพลิง เพื่อผลิตไฟฟ้าและน้ำ รถยนต์ใช้ไฟฟ้า ในขณะที่น้ำเป็นผลพลอยได้เพียงอย่างเดียวที่ถูกไล่ออกจากรถ
จากหลักการปฏิบัติงานนี้ ข้อได้เปรียบที่สำคัญของเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนมีสามเท่า:
ประการแรกความสะอาด: ผลพลอยได้เพียงอย่างเดียวคือน้ำ ช่วยป้องกันการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์
ประการที่สอง ความปลอดภัย:กระบวนการไฟฟ้าเคมีที่ขับเคลื่อนเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนช่วยลดความเสี่ยงของการเผาไหม้หรือการระเบิดที่เกิดขึ้นเอง ซึ่งแตกต่างจากระบบที่ใช้การเผาไหม้
ประการที่สาม ความสะดวกสบาย: Hก๊าซไฮโดรเจนสามารถบีบอัดได้ ทำให้การขนส่งและการเก็บรักษาสะดวกยิ่งขึ้น
สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือเซลล์เชื้อเพลิงในรถยนต์ที่ใช้พลังงานไฮโดรเจนแตกต่างจากแบตเตอรี่เคมีทั่วไป เซลล์เชื้อเพลิงเอื้อต่อปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าระหว่างไฮโดรเจนและออกซิเจนโดยไม่เกิดการเผาไหม้ ทำให้เกิดน้ำเป็นผลพลอยได้และปล่อยพลังงานไฟฟ้าออกมา
พลังงานไฟฟ้าในรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนถูกสร้างขึ้นทันทีผ่านปฏิกิริยาระหว่างไฮโดรเจนที่สะสมไว้กับออกซิเจนในบรรยากาศภายในสแต็กเซลล์เชื้อเพลิง ซึ่งแตกต่างจากรถยนต์ไฟฟ้าที่เก็บพลังงานจากโครงข่ายภายนอกก่อนนำไปใช้ ดังนั้น ถึงแม้จะเรียกว่า "เซลล์เชื้อเพลิง" ในรถยนต์ไฮโดรเจน แต่กระบวนการปลดปล่อยพลังงานของพวกมันจึงคล้ายกับเครื่องยนต์สันดาปภายใน (ทำปฏิกิริยากับน้ำมันเบนซินกับออกซิเจนภายนอก) มากกว่ากระบวนการกักเก็บพลังงานในรถยนต์ไฟฟ้า
เช่นเดียวกับรถยนต์เครื่องยนต์สันดาปภายใน ส่วนประกอบที่แพงที่สุดในรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนคืออุปกรณ์สร้างพลังงานมากกว่าอุปกรณ์กักเก็บพลังงาน (เช่น ในรถยนต์ไฟฟ้า ส่วนประกอบที่มีราคาแพงที่สุดคือแบตเตอรี่ และภายในแบตเตอรี่ก็ แอโนด แคโทด และอิเล็กโทรไลต์) โดยเฉพาะมันเป็นกองเซลล์เชื้อเพลิงมากกว่าถังเก็บไฮโดรเจน
เนื่องจากระบบเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนมีราคาค่อนข้างสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งกองเซลล์เชื้อเพลิง ในระยะปัจจุบัน ต้นทุนการผลิตรถยนต์ไฮโดรเจนจึงสูงกว่ารถยนต์ไฟฟ้าบริสุทธิ์และรถยนต์ที่ใช้เครื่องยนต์สันดาปแบบเดิมๆ ปัจจัยด้านต้นทุนนี้ยังคงเป็นข้อจำกัดที่สำคัญในการพัฒนาอุตสาหกรรมยานยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน
