燃料电池可以高效地、环境友好地将储存在燃料中的化学能等温地转化为电能，氢是燃料电池的最佳燃料。发达国家中与汽车、能源相关的大公司均在加速进行燃料电池的开发。专家们预计燃料电池的应用将在未来几年里激增，它广泛用于众多领域，小到家用电器、手机、笔记本电脑；大到发电站、电动汽车、航空航天等领域1。
简介燃料电池可以高效地、环境友好地将储存在燃料中的化学能等温地转化为电能，氢是燃料电池的最佳燃料。发达国家中与汽车、能源相关的大公司均在加速进行燃料电池的开发。专家们预计燃料电池的应用将在未来几年里激增，它广泛用于众多领域，小到家用电器、手机、笔记本电脑；大到发电站、电动汽车、航空航天等领域1。
应用前景燃料电池有着广阔的应用前景：
1、燃料电池由于其能量转化效率高、环境污染小，被誉为21世纪的新能源之一，它承载着人类实现高效率和零排放发电的梦想；
2、燃料电池被看作是继火电、水电和核电之后的第四代发电方式；
3、燃料电池被认为是21世纪首选的高效洁净的发电技术，如美国把燃料电池列为仅次于基因组计划和超级材料之后的第三项尖端技术。
新能源技术被认为是新世纪世界经济发展中最具有决定性影响的领域之一，燃料电池的广阔应用前景已引起了世界各国的高度重视，发达国家已投入巨资支持燃料电池技术的研究和开发，我国政府也将燃料电池技术列入国家科技攻关计划之中。燃料电池及其相关技术的研究与开发已经成为热点课题，在国防和民用的电力、汽车、通信等研究领域的应用已取得非常有意义的进展2。
燃料电池工作过程传统电池(如干电池、蓄电池等)对我们来说并不陌生。该类电池中，化学能直接转变为电能是靠电池内部自发进行氧化、还原等化学反应，这种反应分别在两个电极上进行。负极活性物质由电位较负并在电解质中稳定的还原剂组成，如锌、镉、铅等活泼金属和氢或碳氢化合物等。正极活性物质由电位较正并在电解质中稳定的氧化剂组成，如二氧化锰、二氧化铅、氧化镍等金属氧化物，氧或空气，卤素及其盐类，含氧酸及其盐类等。电解质则是具有良好离子导电性的材料，如酸、碱、盐的水溶液，有机或无机非水溶液、熔融盐或固体电解质等。
简单说，传统电池就是一种集能量存储和转换于体的装置。它的主要特点有三点：
1.传统电池一次只能输出有限的电能，主要决定于电池内反应物的多少；
2.电极在电池工作过程中会不断变化， 电极本身就是参与或部分参与化学反应；
3.由于前两个特点，传统电池的供电电流、压都是时刻变化的，其工作状态是不稳定的。
燃料电池的工作原理与传统电池相同，即燃料中的化学能通过电化学反应直接转换成电能；同时，燃料电池的工作方式与汽油、柴油发电机有些类似，它也可以不断地从外部获得燃料，不断地输出电能，不断地排放反应产物。但燃料电池与汽、柴油机的发电过程是不同的。热机发电一般要经过这样的过程：
在以上过程中，燃烧过程会产生污染，热机转换过程产生噪声，每一步转换都有能量损失，如热能转换为机械能时，热机效率受到卡诺循环的限制。热机发电过程中能量转化的环节众多，这就使得它作为一种获得电能的方式的竞争性下降。
与热机发电相比，燃料电池通过其阴阳两极上发生的电化学反应，直接将化学能转换为电能，转换过程没有燃烧，不使用热机，也没有发电装置，大大减少了从化学能到电能的转换环节，具有效率高、污染小、噪声低等突优点。
燃料电池工作原理与传统电池相同，但燃料电池并不存储能量，它仅作为一种能量转化装置；其工作方式与热机发电类似，即只要能连续地供应燃料和氧化剂(并且不断排除产物)，燃料电池就能连续发电，而且电极不被消耗。这样看来，燃料电池即综合了传统电池以及热机发电两种获取电能方式的优点和长处，具有相当强的竞争能力3。
燃料电池的定义及种类燃料电池通常被定义为：只要向电极提供反应物，它就能连续地把供给燃料的化学能转化为电能(和热)的电化学装置或器件。它的本质就是在电池工作过程中，电极和电解质都不被消耗。当然，电极和电解质在使用过程中会逐渐出现破损。
按燃料及其使用方式分类：直接式燃料电池、间接式燃料电池、再生式燃料电池。
按工作温度的高低分类：低温燃料电池、中温燃料电池、高温燃料电池。
按所用电解质类型来进行分类：碱性燃料电池(AFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)2。
燃料电池的特点1.效率高
燃料电池利用等温的电化学反应将化学能转化为电能，转化效率可达75%-100%。但实际效率只有40%-60%。尽管如此，其效率依然比火力发电效率(30%-40%)高些，一般也比活塞或涡轮状内燃机效率要高些。此外，燃料电池另一个显著特征就是小型系统的效率与大型系统相当，这对于地区小型热电联产系统来说很重要。
2.污染低
燃料电池当以氢气作为燃料时，唯一的产物是水，实现零污染排放。这正是燃料电池应用于汽车的最大优点，也是减少汽车废气排放甚至在城市消除废气的需要。
但要指出的是，在生产氢气时还是要产生和排放二氧化碳。但即使使用由化石燃料(如天然气)经过重整后获得的氢气或富氢气体，其制氢过程中所排放的二氧化碳量也较少，远远少于火力发电所排放的量。
3.噪声低
火力、水力、核电均需要大型涡轮机，因此会产生大的噪声。而燃料电池由于只有极少数的运动部件，噪声很低，这个特点对于其便携化和将其建在居民区、办公区创造了前提条件；此外由于燃料电池只有极少数的运动部件，因此其可靠性和稳定性都相当高。
4.机动灵活、使用范围广
由两个电极夹一层电解质，就构成了燃料电池的基本单元，即单电池。将这些基本单元组装起来就构成了电池组，再将电池组集块集合起来就构成了燃料发电装置，根据需要灵活组装，建设成本低，周期短3。
燃料电池系统简介燃料电池发电系统的核心是电池堆，此外燃料电池系统还包括了很多其他功能各异的系统和部件，系统设计和完成是一个非常复杂的过程。这些辅助系统的设计将影响燃料电池的制作成本、运行状态、复杂性、可靠性、寿命和实用性。
一般来说燃料电池系统包括以下几个重要子系统：
① 燃料子系统：负责燃料的存储、处理和运输；
② 燃料电池子系统：主要是指燃料电池堆；
③ 热管理子系统：冷却和进行余热利用；
④ 电力转换子系统：直流、交流转换，调整和稳定电压；
⑤ 电池自动监视系统：对燃料电池整个系统工作状态进行监视。
燃料电池的高效工作离不开这些子系统的密切配合，在工作的过程中其中的任一子系统出现故障或问题，都会对整个燃料电池系统工作的可靠性、寿命以及实用性起到重大影响1。
燃料电池的应用燃料电池有几种不同的类型，各种燃料电池的技术特点、应用范同有别，其发展程度也不同。燃料电池的主要应用包括分散式电站、运输工具动力、移动式电源以及其他用途。
1.分散式电站
在过去的几年中，电力工业正发生着结构变化，集中供热正受到分散式供电的挑战。电力工业是垄断性产业， 南于规模效益，发电厂的规模都很大，而且远离用户，电力通过高压线及变电站输送到用户。分散式发电站，包括汽轮机发电站、内燃机发电站、太阳能发电站、风力发电站、燃料电池发电站等，与用户距离很近，有利于降低成本、改进服务。燃料电池是用于分散式供电系统的，它效率高、污染低、噪声低、可靠性高、易于实现自动化，与其他类型电站兼容性强，这些优点使得燃料电池备受关注。
2.运输工具动力
机车采用内燃机驱动，能量转换效率大约为30%左右，从燃料到车轮的效率只有15%左右。使用燃料电池系作为动力，能量转换效率可达50%左右，从燃料到车轮的效率可达25%。
燃料电池是一个电化学反应系统，主要产生电能，并把氢气和氧气转化成水。内燃机则主要产生热能，只有一少部分变成有用的机械功，而且燃烧尾气成分复杂，包括NOx、CO和挥发性有机物(VOC)等，严重地影响了空气的质量。
单就CO2而论，同样使用化石燃料，燃料电池取得单位有用功所排放的CO2量比热机系统要低得多。
作为交通工具动力的燃料电池，其发展的焦点集中在PEMFC的身上，主要是因为PEMFC具备低温快速启动、无电解液腐蚀溢漏问题等交通动力所必须具备的特点。
有样车测试表明，燃料电池为动力的公共汽车的最高时速和爬坡能力与柴油发动机公共汽车相当，而加速性能还优于柴油发动机。
3.移动式(便携式)电源
简单来讲，人们对便携式电源的要求就是体积小、质量轻、工作可靠， 而且提供的电能要尽量多，持续供电时间尽量长。
常用的锂电池的能量密度提升空间已经不大。燃料电池密度大，数倍于锂电池，可通过加注燃料快速“充电”。因此，燃料电池成为了便携式电源的最具潜力的代表。
实现燃料电池商业化的手段是寻找市场突破口。市场是多样化的，有些市场对商品的性能要求高，对价格的承受能力也较高。便携式电源就属于这种市场，它可望与价格也较高的其他便携式电源竞争。与蓄电池相比，燃料电池电流密度大，效率高；与柴油发电机相比，燃料电池无污染无噪声。
便携式燃料电池一般是指功率在1-1000W之间的小型燃料电池，可用于照明、通讯、微型电器等，便携式燃料电池除具备高效洁净的特点外，还具备以下特点：操作简便、寿命长、启动快、体积小、质量轻、可靠性高、安全性好等；其最大的特点是能量密度大而且可通过加注燃料快速“充电”3。
总结燃料电池作为一种高效洁净的电源，拥有如此多的优点，必然有着广阔的应用前景。但事实是，在1838年发现燃料电池原理，1842年发明第一个燃料电池之后，160多年过去了，燃料电池这项技术仍主要用于空间和国防1。
本词条内容贡献者为:
李斌 - 副教授 - 西南大学