作為未來幾十年發(fā)展進程中的重點，燃料電池將有希望使燃煤電廠的熱效率跨入新階段?！秷蟾妗分赋?，先進碳燃料電池技術(shù)包括直接碳燃料電池和整體煤氣化(000968,股吧)燃料電池。
直接碳燃料電池（DCFC）采用消耗粉煤的陽極系統(tǒng)。陰極系統(tǒng)消耗周圍空氣中的氧氣。低電壓電池（0.6~0.9伏直流電）堆棧獲得高直流電壓和電流，隨后轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)交流電力。陽極廢氣富含二氧化碳，電池工作溫度范圍為650℃~1000℃。
DCFC的主要吸引力在于，只需花費與傳統(tǒng)粉煤電廠相當(dāng)?shù)某杀揪涂梢越⒁蛔?guī)模的一體化發(fā)電廠，并獲得非常高的煤—電轉(zhuǎn)換效率（有可能超過60%）。
目前，DCFC技術(shù)處于實驗室規(guī)模發(fā)展階段，電力輸出不到1千瓦?；谶@種技術(shù)的全規(guī)模發(fā)電廠需要放大約10萬倍，并需要投入大量的時間和工作將這一技術(shù)實現(xiàn)實際使用。
雖然DCFC電化學(xué)概念已經(jīng)得到證實，但仍然面臨重大挑戰(zhàn)，包括如何開發(fā)經(jīng)濟合理的煤炭原料預(yù)處理系統(tǒng)以滿足DCFC質(zhì)量要求。
同時，實現(xiàn)DCFC電池與電池堆5年壽命的目標(biāo)，也需要付出巨大努力，以便能經(jīng)濟地處理在預(yù)處理過程中未從煤炭中去除的污染物，如硫、氮、鹵素和灰成分等。
此外，還需要為DCFC電池進行經(jīng)濟、耐用和可維護的設(shè)計，包括為單個電池供應(yīng)空氣和煤炭，無泄漏與旁路等問題。
當(dāng)前全球DCFC發(fā)電廠的關(guān)鍵發(fā)展途徑是以煤炭作為燃料，可以制造和運行耐用的單個電池，并實現(xiàn)目標(biāo)壽命。之后的挑戰(zhàn)就是燃料電池發(fā)電廠開始運行時需解決的經(jīng)濟制造、耐久性機械電池堆裝配，以及相關(guān)機械耐久性等問題。
整體煤氣化燃料電池（IGFC）發(fā)電廠是一種燃煤發(fā)電先進概念，燃?xì)廨啓C由燃料電池代替，將合成氣直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，同時產(chǎn)生多余熱能。
目前全球范圍內(nèi)正在發(fā)展多種類型的燃料電池，但固體氧化物燃料電池（SOFC）可能是最佳應(yīng)用選擇，包括二氧化碳捕集因為SOFC能將清潔的、未變換的合成氣（一氧化碳和氫氣）轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸己退?，將水冷凝并采用精煉方式除去雜質(zhì)后，可以進行二氧化碳壓縮和封存。
不過，利用合成氣工作的SOFC仍然是一項不成熟的技術(shù)。美國能源部的目標(biāo)是到2015年能運行一個5兆瓦的發(fā)電系統(tǒng)。在此技術(shù)基礎(chǔ)之上，要將一個成功的5兆瓦發(fā)電系統(tǒng)約放大100倍形成一個全規(guī)模的發(fā)電廠，但目前看來在2025年之前還不太可能實現(xiàn)。
與實現(xiàn)DCFC類似，如何用經(jīng)濟的方式除去煤基合成氣中的可能污染物（包括硫、氮、鹵素和灰成分）以滿足SOFC的質(zhì)量要求、實現(xiàn)電池與電池堆5年壽命的目標(biāo)，將是一個主要任務(wù)。
同樣與DCFC類似的是，SOFC實現(xiàn)還需要進行經(jīng)濟、耐用和可維護的設(shè)計。
