燃料電池是一種電化學(xué)裝置，其組成與一般電池相同。單體燃料電池是由正負兩個電極(負極即燃料電極，正極即氧化劑電極)以及電解質(zhì)組成。不同的是，一般電池的活性物質(zhì)貯存在電池內(nèi)部，電池容量因此受到限制。而燃料電池的正、負極本身不蘊含活性物質(zhì)，只是個催化轉(zhuǎn)換元件。因此燃料電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換機器。電池工作時，燃料和氧化劑由外部供給，發(fā)生反應(yīng)。原則上只要反應(yīng)物不斷輸入，反應(yīng)產(chǎn)物就不斷排出，燃料電池就能連續(xù)發(fā)電。這里以氫-氧燃料電池為例說明燃料電池的基本工作原理，圖1是組成氫-氧燃料電池的基本單元示意圖。其陽極為氫電極，陰極為氧電極。

 

 

通常，陽極和陰極上都含有一定量的催化劑，目的是用來加速電極上發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)。燃料電池的工作原理如下。

 

 

與此同時，電子在外電路的連接下形成電流，通過適當(dāng)連接可以向負載輸出電能。當(dāng)然，惟有燃料電池本體還不能工作，非得有一套相應(yīng)的輔助系統(tǒng)，包括反應(yīng)劑供給系統(tǒng)、排熱系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、電性能控制系統(tǒng)及安全裝置等。

 

 

由于燃料電池能將燃料的化學(xué)能筆直轉(zhuǎn)化為電能，綜合了常規(guī)電池和內(nèi)燃機的優(yōu)勢，克服了它們的缺點，因此具有特殊的生命力。綜合起來，它具有以下優(yōu)勢。

 

 

①由于燃料電池的工作原理是建立在電化學(xué)理論之上，不受熱機效率的限制，所以其效率是內(nèi)燃機效率的2～3倍。

 

 

②參與的化學(xué)反應(yīng)是氫(燃料)和氧(空氣)，生成物是水，所以完全沒有污染。

 

 

③它不同于常規(guī)電池，燃料電池是一種發(fā)電裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置，而不是能量存儲裝置，所以不需要充電，運行時間長。

 

 

④燃料電池的工作沒有機械運動，所以不會萌生噪音。

 

 

⑤燃料電池的電極和一般電池的電極不同，它只是化學(xué)反應(yīng)的場所和電流的通道，并不參與化學(xué)反應(yīng)，因此沒有電極損耗，工作可靠、壽命長，一般可達5萬～10萬小時。

 

 

⑥燃料電池除了可用氫氣作燃料外，還可用天然氣、煤氣，甲醇等作燃料，因而其燃料具有多樣性。

 

 

⑦由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，燃料電池發(fā)電裝置可依據(jù)所需發(fā)電規(guī)模由多個單電池包合而成，電池包的組裝和維護都非常方便，因而可靠性較高。由于燃料電池具有以上優(yōu)勢，尤其是無污染，因此受到世界各國的廣泛重視。在21世紀(jì)，燃料電池必將部分取代內(nèi)燃機和常規(guī)電池，成為能源工業(yè)的一支新軍。目前，有關(guān)燃料電池燃料與供應(yīng)系統(tǒng)的研究開發(fā)已成為眾多相關(guān)學(xué)科與技術(shù)范疇的一個重大課題。