Kui rääkida uutest energiaallikatest, siis tuuleenergia, hüdroenergia, päikeseenergia ja tuumaenergia on kõik tuntud ja enamik neist on kapitalituru kallid. Vesinik kui sama oluline kandidaat on aga jäänud suhteliselt tundmatuks ja sellel puudub tugev nähtavus. Sellest hoolimata on ajad muutumas. 2021. aasta novembris toimunud Shanghai impordinäitus murdis selle loomupärase mustri. Jaapani Toyota esitles Hiinas esimest korda teise põlvkonna vesinikkütuseelemendiga sõiduautot Mirai. Selle maksimaalne sõiduulatus on 850 kilomeetrit, ületades enamiku liitiummootoriga uutest energiasõidukitest ühe käiguga.
Tänapäeval kasutatakse nn.vesinikkütusel töötav sõiduk" viitab konkreetselt vesinikkütuseelemendiga autodele. Erinevalt liitiumioonakudest on vesinikkütuseelemendid aga põhiliselt seadmed, mis toodavad vesiniku ja hapniku vahelise keemilise reaktsiooni kaudu elektrienergiat. Erinevalt tavapärasest kütusest on selle keemilise reaktsiooni lõppproduktiks ainult vesi sõidukid, mis eraldavad selliseid aineid nagu süsinikoksiidid, lämmastikoksiidid ja vääveloksiidid. Seetõttu peetakse vesinikku energiaallikaks, mis suudab saavutada nullheite.
Vesinikkütuseelementides mängib titaan üliolulist rolli.Titaanist valmistatud bipolaarsed plaadid vesinikkütuseelementides on õhukese paksuse, suurepärase juhtivuse, heade termiliste omaduste, suure mehaanilise tugevuse ja tõhusa gaasiisolatsiooniga. Need omadused aitavad suurendada raku võimsustihedust. Jaapani kütuseelemendiga sõiduk Toyota MIRAI kasutab titaanist valmistatud bipolaarseid plaate. Lisaks kasutab gaasi difusioonikiht (GDL või PTL), mis moodustab 17% elektrolüsaatori maksumusest, anoodi alusmaterjalina suure jõudlusega tööstuslikku titaani, mis võimaldab saavutada maksimaalse aktiivsuse.
Vesinikkütuseelementide põhitööpõhimõte seisneb selles, et vesinik liigub läbi katalüsaatori (plaatina) elemendi positiivse elektroodi juures, kus see laguneb elektronideks ja vesinikioonideks. Seejärel liiguvad vesinikuioonid läbi prootonivahetusmembraani, et jõuda negatiivse elektroodini, kus nad reageerivad hapnikuga, moodustades vett ja soojust. Samal ajal voolavad elektronid positiivselt elektroodilt välise vooluringi kaudu negatiivsele elektroodile, tekitades elektrienergiat.
Lihtsamalt öeldes ühinevad vesinik ja hapnik kütuseelemendis, tekitades elektrit ja vett. Elekter toidab sõidukit, samas kui vesi on ainus sõidukist väljutav kõrvalsaadus.
Sellest tööpõhimõttest tulenevalt on vesinikkütuseelementide olulised eelised kolm:
Esiteks puhtus: Ainus kõrvalsaadus on vesi, vältides süsinikdioksiidi heitkoguseid.
Teiseks ohutus:Elektrokeemiline protsess, mis juhib vesinikkütuseelemente, vähendab erinevalt põlemispõhistest süsteemidest iseenesliku süttimise või plahvatuste ohtu.
Kolmandaks, mugavus: Hvesinikgaasi saab kokku suruda, mis hõlbustab selle transportimist ja ladustamist.
Oluline on märkida, et vesinikkütusega sõidukite kütuseelement erineb tavapärastest keemiaakudest. Kütuseelement hõlbustab elektrokeemilist reaktsiooni vesiniku ja hapniku vahel ilma põlemiseta, tekitades kõrvalsaadusena vett ja vabastades elektrienergiat.
Vesinikkütuseelemendiga sõidukites toodetakse elektrienergia koheselt kütuseelemendi korstnas salvestatud vesiniku ja õhuhapniku vahelise reaktsiooni kaudu, erinevalt elektrisõidukitest, mis salvestavad energiat välisvõrgust enne selle kasutamist. Seetõttu, hoolimata nimetusest "kütuseelement" vesinikkütusega sõidukites, sarnaneb nende energia vabastamise protsess pigem sisepõlemismootoritele (reageerivad bensiinil välise hapnikuga) kui elektrisõidukite energia salvestamise protsessiga.
Sarnaselt sisepõlemismootoriga sõidukitele on vesinikkütuseelemendiga sõiduki kõige kallim komponent pigem energiatootmisseade kui energiasalvesti (näiteks elektrisõidukites on kõige kulukam komponent aku ja aku sees anood, katood ja elektrolüüt). Täpsemalt, see on pigem kütuseelemendi virn, mitte vesinikupaak.
Vesinikkütuseelemendisüsteemide, eriti kütuseelementide korstna suhteliselt kõrge hinna tõttu on praeguses etapis vesinikkütusega sõidukite tootmiskulud kõrgemad kui puhaste elektrisõidukite ja traditsiooniliste sisepõlemismootoriga sõidukite omad. See kulutegur jääb vesinikkütuseelemendiga sõidukitööstuse arengus oluliseks piiranguks.
