新エネルギーというと、風力、水力、太陽光、原子力などがよく知られていますが、そのほとんどは資本市場の寵児です。 しかし、同様に重要な競争相手である水素は、依然として比較的知られておらず、目立った存在感に欠けています。 とはいえ、時代は変わりつつあります。 2021 年 11 月の上海輸入博覧会は、この固有のパターンを打ち破りました。 日本のトヨタは、第2世代水素燃料電池乗用車「ミライ」を中国で初めて披露した。 最大航続距離は850キロメートルを誇り、大半のリチウム燃料新エネルギー車を一気に上回った。
今では、いわゆる「」水素で動く自動車「」は、特に水素燃料電池自動車を指します。ただし、リチウムイオン電池とは異なり、水素燃料電池は本質的に、水素と酸素の化学反応を通じて電気エネルギーを生成する装置です。この化学反応の最終的な副産物は、従来の燃料とは異なり、水だけです。自動車からは炭素酸化物、窒素酸化物、硫黄酸化物などの物質が排出されるため、水素は「ゼロエミッション」を実現できるエネルギー源と考えられています。
水素燃料電池では、チタンが重要な役割を果たします。水素燃料電池のチタン製バイポーラ プレートは、厚みが薄く、優れた導電性、優れた熱特性、高い機械的強度、効率的なガス分離を備えています。 これらの特性は、セルの電力密度の向上に役立ちます。 日本の燃料電池車「トヨタ MIRAI」にはチタン製バイポーラプレートが採用されています。 さらに、電解槽のコストの 17% を占めるガス拡散層 (GDL または PTL) には、陽極母材として高性能工業グレードのチタンが採用されており、最大限の活性を実現できます。
水素燃料電池の基本的な動作原理には、水素が電池の正極にある触媒 (白金) を通過し、そこで電子と水素イオンに分解されることが含まれます。 次に、水素イオンはプロトン交換膜を通過して負極に到達し、そこで酸素と反応して水と熱を生成します。 同時に、電子が正極から外部回路を通って負極に流れ、電気エネルギーが発生します。
簡単に言えば、水素と酸素が燃料電池内で結合し、電気と水が生成されます。 電気は車両に動力を供給しますが、車両から排出される副生成物は水だけです。
この動作原理から、水素燃料電池の重要な利点は 3 つあります。
まずは清潔感: 唯一の副産物は水であり、二酸化炭素の排出を避けます。
第二に、安全性:水素燃料電池を駆動する電気化学プロセスは、燃焼ベースのシステムとは異なり、自然発火や爆発のリスクを軽減します。
第三に、利便性：H水素ガスは圧縮できるため、輸送と保管が容易になります。
水素自動車の燃料電池は従来の化学電池とは異なることに注意することが重要です。 燃料電池は、燃焼せずに水素と酸素の間の電気化学反応を促進し、副産物として水を生成し、電気エネルギーを放出します。
水素燃料電池車の電気エネルギーは、外部グリッドからエネルギーを利用する前に蓄える電気自動車とは異なり、燃料電池スタック内で蓄えられた水素と大気中の酸素との反応によって瞬時に生成されます。 したがって、水素自動車の「燃料電池」という名前にもかかわらず、そのエネルギー放出プロセスは、電気自動車のエネルギー貯蔵プロセスよりも内燃機関（ガソリンと外部酸素の反応）に似ています。
内燃機関車と同様に、水素燃料電池車で最も高価な部品はエネルギー貯蔵装置ではなく、エネルギー生成装置です（たとえば、電気自動車の場合、最も高価な部品はバッテリであり、バッテリ内にはアノード、カソード、電解質）。 具体的には、水素貯蔵タンクではなく燃料電池スタックです。
水素燃料電池システム、特に燃料電池スタックのコストが比較的高いため、現段階では、水素自動車の製造コストは純粋な電気自動車や従来の内燃機関自動車よりも高くなっています。 このコスト要因は、水素燃料電池自動車産業の発展において依然として大きな制約となっています。
