Þegar kemur að nýjum orkugjöfum eru vindorka, vatnsorka, sólarorka og kjarnorka öll þekkt og flest eru þau elskur fjármagnsmarkaðarins. Hins vegar hefur vetni, sem jafn mikilvægur keppinautur, haldist tiltölulega óþekkt og skortir mikið skyggni. Engu að síður eru tímarnir að breytast. Nóvember 2021 Shanghai Import Expo braut þetta eðlislæga mynstur. Japanska Toyota sýndi annarri kynslóð Mirai vetniseldsneytisfrumu fólksbílsins í fyrsta skipti í Kína. Hann státar af hámarksdrægi upp á 850 kílómetra og fer fram úr meirihluta litíumknúinna nýrra orkutækja í einu höggi.
Nú á dögum er svokallað "vetnisknúið farartæki" vísar sérstaklega til bíla með vetniseldsneyti. Hins vegar, ólíkt litíumjónarafhlöðum, eru vetniseldsneytisfrumur í meginatriðum tæki sem framleiða raforku með efnahvörfum milli vetnis og súrefnis. Endanleg aukaafurð þessara efnahvarfa er eingöngu vatn, ólíkt hefðbundnu eldsneyti farartæki sem gefa frá sér efni eins og kolefnisoxíð, köfnunarefnisoxíð og brennisteinsoxíð. Þess vegna er vetni talið orkugjafi sem getur náð „núllosun“.
Í vetniseldsneytisfrumum gegnir títan afgerandi hlutverki.Tvískauta plötur úr títaníum í vetniseldsneytisfrumum hafa þunnt þykkt, framúrskarandi leiðni, góða hitaeiginleika, mikinn vélrænan styrk og skilvirka gaseinangrun. Þessir eiginleikar hjálpa til við að auka kraftþéttleika frumunnar. Japanska Toyota MIRAI efnarafalabíllinn notar tvískauta plötur úr títan. Að auki notar gasdreifingarlagið (GDL eða PTL), sem er 17% af kostnaði rafgreiningartækisins, afkastamikið títan úr iðnaðargráðu sem rafskautsgrunnefni, sem gerir kleift að ná hámarksvirkni.
Grunnstarfsreglan vetniseldsneytisfrumna felur í sér að vetni fer í gegnum hvatann (platínu) við jákvæða rafskaut frumunnar, þar sem það brotnar niður í rafeindir og vetnisjónir. Vetnisjónirnar fara síðan í gegnum róteindaskiptahimnu til að komast að neikvæðu rafskautinu, þar sem þær hvarfast við súrefni og mynda vatn og hita. Samtímis streyma rafeindir frá jákvæðu rafskautinu í gegnum ytri hringrás til neikvæða rafskautsins og mynda raforku.
Í einföldu máli sameinast vetni og súrefni innan efnarafalsins og framleiðir rafmagn og vatn. Rafmagnið knýr ökutækið, en vatn er eina aukaafurðin sem rekin er út úr ökutækinu.
Frá þessari rekstrarreglu eru mikilvægir kostir vetniseldsneytisfrumna þríþættir:
Í fyrsta lagi hreinlæti: Eina aukaafurðin er vatn, forðast losun koltvísýrings.
Í öðru lagi, öryggi:Rafefnafræðilega ferlið sem knýr vetniseldsneytisfrumurnar dregur úr hættu á sjálfsbruna eða sprengingum, ólíkt kerfum sem byggjast á bruna.
Í þriðja lagi, þægindi: HHægt er að þjappa ydrogen gasi, sem auðveldar flutning þess og geymslu.
Það er mikilvægt að hafa í huga að efnarafala í vetnisknúnum ökutækjum er frábrugðin hefðbundnum efnarafhlöðum. Efnarafala auðveldar rafefnafræðileg viðbrögð milli vetnis og súrefnis án þess að brenna, framleiðir vatn sem aukaafurð og losar raforku.
Raforkan í ökutækjum fyrir vetniseldsneyti myndast samstundis með efnahvörfum á milli geymdrar vetnis og súrefnis í andrúmsloftinu innan efnarafalanna, ólíkt rafknúnum ökutækjum sem geyma orku frá ytra neti áður en það er notað. Þess vegna, þrátt fyrir nafnið „eldsneytisfrumur“ í vetnisökutækjum, er orkulosunarferlið þeirra meira í ætt við brunahreyfla (hvarfa bensíni við ytra súrefni) en orkugeymsluferlið í rafknúnum ökutækjum.
Líkt og ökutæki með brunahreyfli, er dýrasti íhluturinn í vetniseldsneytisfrumubifreiðum orkuframleiðslubúnaðurinn frekar en orkugeymslubúnaðurinn (td í rafknúnum ökutækjum er dýrasti íhluturinn rafhlaðan, og innan rafhlöðunnar er hann rafskautið, bakskautið og raflausnin). Nánar tiltekið er það efnarafalinn frekar en vetnisgeymirinn.
Vegna tiltölulega hás kostnaðar við vetniseldsneytisafrumukerfa, sérstaklega eldsneytisfrumustaflann, er framleiðslukostnaður vetnisbifreiða á núverandi stigi hærri en kostnaður við hrein rafknúin ökutæki og hefðbundin ökutæki með brunahreyfli. Þessi kostnaðarþáttur er áfram veruleg þvingun í þróun vetniseldsneytisbílaiðnaðarins.
