בכל הנוגע למקורות אנרגיה חדשים, אנרגיה רוח, אנרגיה הידרומית, אנרגיה סולארית ואנרגיה גרעינית ידועות כולם, ורובם יקירי שוק ההון. עם זאת, מימן, כמתמודד משמעותי לא פחות, נותר לא ידוע יחסית וחסר ראות חזקה. למרות זאת, הזמנים משתנים. תערוכת הייבוא של שנחאי בנובמבר 2021 שברה את הדפוס המובנה הזה. טויוטה היפנית הציגה לראשונה בסין את מכונית תא הדלק המימן של מיראי מהדור השני. הוא מתהדר בטווח נסיעה מרבי של 850 קילומטרים, העולה על רוב רכבי האנרגיה החדשים המונעים על ידי ליתיום במכה אחת.
כיום, מה שנקרא "רכב המונע במימן" מתייחס ספציפית למכוניות תאי דלק מימן. עם זאת, בניגוד לסוללות ליתיום-יון, תאי דלק מימן הם בעצם מכשירים שמייצרים אנרגיה חשמלית באמצעות תגובה כימית בין מימן וחמצן. תוצר הלוואי האולטימטיבי של תגובה כימית זו הוא אך ורק מים, בניגוד לדלק רגיל כלי רכב הפולטים חומרים כמו תחמוצות פחמן, תחמוצות חנקן ותחמוצות גופרית, לכן מימן נחשב למקור אנרגיה המסוגל להשיג "אפס פליטות".
בתאי דלק מימן, טיטניום ממלא תפקיד מכריע.לוחות דו-קוטביים מתוצרת טיטניום בתאי דלק מימן הם בעלי עובי דק, מוליכות מצוינת, תכונות תרמיות טובות, חוזק מכני גבוה ובידוד גזים יעיל. מאפיינים אלה מסייעים בשיפור צפיפות הכוח של התא. רכב תאי הדלק טויוטה MIRAI של יפן משתמש בלוחות דו-קוטביים מתוצרת טיטניום. בנוסף, שכבת דיפוזיית הגז (GDL או PTL), המהווה 17% מעלות האלקטרוליזר, משתמשת בטיטניום בדרגה תעשייתית בעלת ביצועים גבוהים כחומר בסיס האנודה, המאפשרת השגת פעילות מרבית.
עקרון העבודה הבסיסי של תאי דלק מימן כולל מימן שעובר דרך הזרז (פלטינה) באלקטרודה החיובית של התא, שם הוא מתפרק לאלקטרונים וליוני מימן. יוני המימן עוברים דרך קרום חילופי פרוטונים כדי להגיע לאלקטרודה השלילית, שם הם מגיבים עם חמצן ליצירת מים וחום. במקביל, אלקטרונים זורמים מהאלקטרודה החיובית דרך מעגל חיצוני אל האלקטרודה השלילית, ומייצרים אנרגיה חשמלית.
במילים פשוטות, מימן וחמצן מתחברים בתוך תא הדלק, ומייצרים חשמל ומים. החשמל מפעיל את הרכב, בעוד המים הם תוצר הלוואי היחיד שנפלט מהרכב.
מעיקרון תפעולי זה, היתרונות המשמעותיים של תאי דלק מימן הם משולשים:
ראשית, ניקיון: תוצר הלוואי היחיד הוא מים, הימנעות מפליטת פחמן דו חמצני.
שנית, בטיחות:התהליך האלקטרוכימי המניע תאי דלק מימן מפחית סיכונים של בעירה ספונטנית או פיצוצים, בניגוד למערכות מבוססות בעירה.
שלישית, נוחות: Hניתן לדחוס את גז הידרוגן, מה שמקל על ההובלה והאחסון שלו.
חשוב לציין שתא הדלק בכלי רכב המונעים במימן שונה מהסוללות הכימיות הקונבנציונליות. תא דלק מאפשר תגובה אלקטרוכימית בין מימן וחמצן ללא בעירה, מייצר מים כתוצר לוואי ומשחרר אנרגיה חשמלית.
האנרגיה החשמלית ברכבי תאי דלק מימן נוצרת באופן מיידי באמצעות התגובה בין מימן מאוחסן וחמצן אטמוספרי בתוך ערימת תאי הדלק, בניגוד לרכבים חשמליים האוגרים אנרגיה מרשת חיצונית לפני השימוש בה. לכן, למרות השם "תא דלק" ברכבי מימן, תהליך שחרור האנרגיה שלהם דומה יותר למנועי בעירה פנימית (המגיבים בנזין עם חמצן חיצוני) מאשר תהליך אגירת האנרגיה בכלי רכב חשמליים.
בדומה לכלי רכב עם מנועי בעירה פנימית, הרכיב היקר ביותר ברכב תאי דלק מימן הוא התקן ייצור האנרגיה ולא התקן אחסון האנרגיה (לדוגמה, בכלי רכב חשמליים, הרכיב היקר ביותר הוא הסוללה, ובתוך הסוללה, זה האנודה, הקתודה והאלקטרוליט). באופן ספציפי, זה מחסנית תאי הדלק ולא מיכל אחסון המימן.
בשל העלות הגבוהה יחסית של מערכות תאי דלק מימן, במיוחד ערימת תאי הדלק, בשלב הנוכחי עלויות ייצור רכבי מימן גבוהות מאלה של רכבים חשמליים טהורים ורכבים מסורתיים עם מנועי בעירה. גורם עלות זה נותר מגבלה משמעותית בפיתוח תעשיית הרכב תאי הדלק המימן.
