燃料电池是一种把燃料和电池两种概念结合在一起的装置。它是一种电池，不需用昂贵的金属而只用便宜的燃料来进行化学反应。这些燃料的化学能通过一个步骤就变为电能。燃料电池十分复杂，涉及化学热力学、电化学、电催化、材料科学、电力系统及自动控制等学科的有关理论，但具有发电效率高、环境污染少等优点。总的来说，燃料电池具有以下特点：
1）能量转化效率高。它直接将燃料的化学能转化为电能，中间不经过燃烧过程。目前燃料电池的燃料-电能转换效率在45%～60%，而火力发电和核电的效率在30%～40%。
2）有害气体SOx、NOx及噪声排放都很低，CO2排放量因能量转换效率高而大幅度降低，无机械振动。
3）燃料适用范围广。
4）负荷响应快，运行质量高。燃料电池在数秒钟内就可以从最低功率变换到额定功率。
经过多年的探索，最有望用于汽车的是质子交换膜燃料电池。它的工作原理是：将氢气送到负极，经过催化剂（铂）的作用，氢原子中两个电子被分离出来，这两个电子在正极的吸引下，经外部电路产生电流，失去电子的氢离子（质子）可穿过质子交换膜，在正极与氧原子和电子重新结合为水。由于氧可以从空气中获得，只要不断给负极供应氢，并及时把水（蒸气）带走，燃料电池就可以不断地提供电能。这种燃料电池可以在不消耗电的情况下发电，它由4个部分组成。上一层是储水池，下层是一个装有金属氢化物的燃料室，中间以一层薄膜隔开，在金属氢化物的燃料室下方，还有一组电极。薄膜上还有许多小孔，使得储水池中的水分子可以以水蒸气的形式进入燃料室。水分子进入燃料室后，与金属氢化物发生化学反应并产生氢气。氢气随之会充满整个燃料室，并向上冲击薄膜。阻止水流继续流入，然后氢气会在燃料室下层的电极处发生化学反应，形成电流。
燃料电池的种类按不同的方法可大致分类如下：
1）按燃料电池的运行机理，分为酸性燃料电池和碱性燃料电池。
2）按电解质的种类不同，有酸性、碱性、熔融盐类或固体电解质。因此，燃料电池可分为碱性燃料电池（AFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、质子交换膜燃料电池（PEMFC）等。在燃料电池中，磷酸燃料电池、质子交换膜燃料电池可以冷起动和快起动，可以用作为移动电源，适应混合动力（FCEV）汽车使用的要求，更加具有竞争力。(www.xing528.com)
3）按燃料类型分。有氢气、甲醇、甲烷、乙烷、甲苯、丁烯、丁烷等有机燃料，汽油、柴油和天然气等气体燃料，有机燃料和气体燃料必须经过重整器“重整”为氢气后，才能成为燃料电池的燃料。
4）按燃料电池工作温度分。有低温型，温度低于200℃；中温型，温度为200～750℃；高温型，温度高于750℃。
在常温下工作的燃料电池，例如质子交换膜燃料电池，这类燃料电池需要采用贵金属作为催化剂。燃料的化学能绝大部分都能转化为电能，只产生少量的废热和水，不产生污染大气环境的氮氧化物，不需要废热能量回收装置，体积较小，质量较轻。但催化剂铂（Pt）会与工作介质中的一氧化碳（CO）发生作用产生“中毒”现象而失效，使燃料电池效率降低或完全损坏，而且铂（Pt）的价格很高，增加了燃料电池的成本。
另一类是在高温（600～1000℃）下工作的燃料电池，例如熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池，这类的燃料电池不需要采用贵金属作为催化剂。但由于工作温度高，需要采用复合废热回收装置来利用废热，体积大，质量重，只适合用于大功率的发电厂中。
最实用的燃料电池是以氢或含富氢的气体为燃料的，但是在自然界是不能直接获得氢的。燃料电池氢的来源通常是从石油燃料、甲醇、乙醇、沼气、天然气、石脑油和煤气中，经过重整、裂解等化学处理后来制取含富氢的气体燃料。氧化剂则采用氧气或空气，最常见的是用空气作为氧化剂。
我国早在20世纪50年代就开展燃料电池方面的研究，在燃料电池关键材料、关键技术的创新方面取得了许多突破。我国政府十分注重燃料电池的研究开发，陆续开发出百瓦级、30kW级氢氧燃料电极、燃料电池电动汽车等。燃料电池技术特别是质子交换膜燃料电池技术也得到了迅速发展，开发出60kW、75kW等多种规格的质子交换膜燃料电池组，开发出电动轿车用净输出40kW、城市客车用净输出100kW燃料电池发动机，使中国的燃料电池技术跨入世界先进国家行列。
在当今全球能源紧张、油价高涨的时代，寻找新能源作为化石燃料的替代品是当务之急。因为氢能的优势明显，清洁、高效，因此得到各国政府的大力支持，加上各种能源动力企业对燃料电池的发展信心十足，所以燃料电池未来市场将有巨大的上升空间。
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