Wodór jako paliwo jest wykorzystywany w samochodach koncepcyjnych BMW i Mazdy. Tam stanowi on jednak paliwo, które jest spalane po zmieszaniu z powietrzem. Analizując sam proces spalania wodoru w silniku spalinowym spotkać się można z szeregiem problemów. Pierwszym z nich jest bardzo przyspieszony zapłon ze względu na bardzo niską energię zapłonu. To powoduje, że tradycyjny silnik spalinowy musi zostać odpowiednio zmodyfikowany. Efektem spalania wodoru w silniku spalinowym jest woda oraz związki azotu. Przy odpowiednio dobranych parametrach masowych mieszanki teoretycznie możliwe jest osiągnięcie spalin zawierających tylko wodę i azot.

Technologiczne wyzwania
Ze względu na problemy z adaptacją silnika spalinowego do pracy na wodorze zaczęto wykorzystywać energię elektrochemiczną wytwarzaną podczas łączenia się wodoru z tlenem. W skonstruowanych w tym celu ogniwach paliwowych generowany jest prąd elektryczny, który po przetworzeniu użyty jest do napędu silników elektrycznych. Największym wyzwaniem przed konstruktorami jest stworzenie najbardziej wydajnych ogniw paliwowych, w których pozyskiwana będzie energia elektryczna.
W dziedzinie stosowania ogniw paliwowych w samochodach przodują producenci japońscy. I tak, jako koncepty na targach zaprezentowane były modele Hondy czy Toyoty. Ogniwa paliwowe stwarzają możliwość wytworzenia czystej energii elektrycznej dzięki pozyskaniu nadmiaru energii wydzielanej podczas łączenia się atomów tlenu i wodoru w cząsteczkę wody.

Sposób na rynkowy sukces
Aby odnieść sukces rynkowy z samochodem napędzanym ogniwem paliwowym, Toyota musiała spełnić kilka warunków. Pierwszym z nich było zapewnienie odpowiedniego zasięgu samochodu. W przypadku zasilania pojazdu wodorem jest to dość trudne, ponieważ wodór jest silnie rozprężny. W samochodach wodorowych do wiązania wodoru w zbiorniku wykorzystywano proszki metali, które tworzyły wodorki. Takie rozwiązanie było ciężkie i mało efektywne. Toyota w modelu Mirai zastosowała wysokociśnieniowe zbiorniki na wodór. Aby było możliwe zastosowanie wysokich ciśnień magazynowania wodoru Toyota Motor Corporation musiała wystąpić do Ministerstwa Gospodarki, Handlu i Przemysłu Japonii (METI) o zgodę na produkcję i wewnętrznie prowadzoną inspekcję zbiorników sprężonego wodoru, które będą wykorzystywane w samochodach na ogniwa paliwowe. Tym samym Toyota została pierwszym producentem zarejestrowanym przez METI, uprawnionym do wytwarzania zbiorników magazynujących wodór sprężony do 70 MPa (700 barów). Dzięki temu firma może teraz przyspieszyć proces wytwarzania zbiorników spełniających najbardziej wyśrubowane normy bezpieczeństwa, które reguluje japońska ustawa o bezpieczeństwie magazynowania gazów sprężonych.
Po spełnieniu tego warunku przyszła kolej na wdrożenie nowego rodzaju stosu ogniw paliwowych oznaczonym jako stos typu FC. Dzięki wprowadzeniu takich rozwiązań konstrukcyjnych, jak odpowiednie ukształtowanie membran oraz ukształtowanie kanałów odprowadzających wodę, udało się osiągnąć wydajność na poziomie 114 kW (3,1 kW/litr objętości ogniwa), co jest o 2,2 razy większą wartością niż w przypadku poprzednich konstrukcji stosowanych w poprzednich modelach koncepcyjnych napędzanych wodorowymi ogniwami paliwowymi.
Do współpracy z ogniwem paliwowym zastosowano wydajny przetwornik napięcia, który generuje 650 V przesyłane do akumulatorów wysokiego napięcia oraz silników elektrycznych. Zwiększenie napięcia zasilania ciągnie za sobą możliwość zmniejszenia wielkości silników elektrycznych przy zachowaniu takiej samej mocy.

Fot. Toyota