燃料電池是一種不經過燃燒過程直接以電化學反應方式將燃料和氧化劑的化學能轉變?yōu)殡娔艿母咝Оl(fā)電裝置，不同于一般電池，只要能保障燃料的供給，燃料電池將會持續(xù)發(fā)電。燃料電池技術主要應用領域包括三方面：固定式電站發(fā)電（主要電源、備用電源、熱電聯(lián)產）、交通運輸動力（燃料電池汽車）、便攜式電源。燃料電池是一種不經過燃燒過程直接以電化學反應方式將燃料和氧化劑的化學能轉變?yōu)殡娔艿母咝Оl(fā)電裝置。
燃料電池通過氧與氫結合成水的電化學反應而發(fā)電，燃料電池的基本組成有電極、電解質、燃料和催化劑，以質子交換膜燃料電池為例，反應機理很簡單，H2在陽極催化劑的存在下被氧化成H+和e-，H+通過質子交換膜達到陰極，e-通過外電路達到陰極，和O2在陰極催化劑的作用下生成水。
圖表1：燃料電池原理
燃料電池具備發(fā)電站的功能，且效率高，無污染：發(fā)電時，燃料和氧化劑由電池外部分別供給電池的陽極和陰極，陽極發(fā)生燃料的氧化反應，陰極發(fā)生氧化劑的還原反應，電解質將兩個電極隔開，導電離子在電解質內移動。不同于普通的電池，只要能保證燃料和氧化劑的供給，燃料電池就可以連續(xù)不斷的產生電能。燃料電池的理想轉化效率為83%，目前實際轉換中國價值投資網最多、最好用研究報告服務商效率在45%-60%，而火力發(fā)電和核電的效率大約在30%-40%。燃料電池生成物主要是水，基本上不排.放有害氣體，是一種非常清潔的能源。
按電解質材料，現(xiàn)在推出的燃料電池可以分為堿性燃料電池、磷酸型燃料電池、熔融碳酸鹽型燃料電池、固體氧化物燃料電池和質子交換膜型燃料電池。
堿性燃料電池用堿性液體作為電解質，工作溫度是室溫，是早期開發(fā)的產品，20世紀60-70年代用于阿波羅登月飛船、航天飛機、空間軌道站的動力電源，但是因為以液態(tài)氫為燃料的堿溶液型燃料電池造價昂貴，關注逐漸減少。
磷酸型燃料電池以磷酸水溶液作為電解質，工作溫度100-200℃，是研究最多的燃料電池之一，20世紀60-70年代UTC等公司制造了64臺磷酸型燃料電池發(fā)電裝置，先后在美國、加拿大、日本進行了試運行，但是磷酸星燃料電池在能量綜合利用方面不如熔融碳酸鹽和固體氧化物燃料電池。
熔融碳酸鹽型燃料電池以高溫下處于熔融狀態(tài)的碳酸鹽（碳酸鋰、碳酸鉀）作為電解質，工作溫度600-700℃，發(fā)電效率45%-55%，不僅可以直接利用余熱進行供熱，而且排除的高溫氣體可以帶動汽輪機二次發(fā)電，1991年后日本把該型電池作為研究重點。
工作溫度900-1000℃，發(fā)電效率50%-60%，可以直接利用進行供熱或二次發(fā)電，因此可以用于熱電聯(lián)供系統(tǒng)；SOFC的工作溫度位于800-100攝氏度，其優(yōu)勢在于排放高溫預熱可進行綜合利用，易于實現(xiàn)熱電聯(lián)產，燃料利用率高，且不需要采用貴金屬催化劑。但是SOFC工作溫度很高，導致電池啟動慢，需要更多的保溫設備以維持電池高溫。
質子交換膜型燃料電池采用氟系高分子膜作為電解質，工作溫度60-100℃，便于小型化，1997年Ballard建成了3輛質子交換膜電池作為能源系統(tǒng)的公交車。質子交換膜燃料電池PEM型FC的工作溫度為80攝氏度，適用于便攜式電源、機動車電源和中小型發(fā)電系統(tǒng)。
燃料電池作為一種輕質、高效的動力源一直是航天的首選，Apollo飛船從1996年開始采用堿性燃料電池，服役期間累計運行時間超過10000小時，表現(xiàn)出良好的可靠性和安全性；美國航天飛機載有3個額定功率12kw的堿性燃料電池，采用液氫、液氧系統(tǒng)，燃料電池產生的水可以供航天員飲用，從1981年到2011年的30年間，燃料電池堆累計運行了101000小時，可靠性達到99%以上。
圖表2：Apollo飛船和航天飛機用燃料電池
根據FuelcellToday的數(shù)據，2012年燃料電池系統(tǒng)的出貨量為166MW，2013年在燃料電池電站的帶動下，出貨量將增長至215MW，從目前的商業(yè)化應用來看，MCFC、PEMFC和SOFC型燃料電池是最主要的技術路線，其中MCFC和SOFC主要應用于固定式燃料電池電站、家用熱電聯(lián)產，PEMFC主要應用于燃料電池汽車。
