燃料电池同普通电池完全不同，之所以被称为燃料电池只是由于在结构形式上与电池有某种类似，外观、特性类似电池，随负荷的增加，输出电压下降。作为发电装置，它没有传统发电装置上的原动机驱动发电装置，而是由燃料同氧化剂反应的化学能直接转化为电能。只要不中断供应燃料，它就可以不停地发电。
燃料电池与普通化学电池类似，两者都是通过化学反应将化学能转换成电能。然而从实际应用角度，两者之间存在着较大差别。普通电池是将化学能储存在电池内部的化学物质中。当电池工作时，这些有限的物质发生反应，将储存的化学能转变成电能，直至这些物质全部发生反应。因此，实际上普通的蓄电池只是一个有限的电能输出和储存装置。
但是燃料电池与常规化学能源不同，更类似于发动机。其燃料（主要是氢气）和氧化剂（纯氧气或空气）不是储存在电堆内，而是储存在电堆外的储罐中。当电堆发电时，需连续不断地向电堆输送氢气和氧气，排出反应生成物——水。燃料电池本身只决定输出功率的大小，其发出的能量由储罐内氢气和氧气的量来决定。因此，确切地说，燃料电池是一个适合车用的、环保的氢氧发电装置。它的最大特点是反应过程不涉及燃烧，因此其能量转换效率不受卡诺循环的限制，能量转换效率高达50%以上。
燃料电池的基本原理相当于电解反应的可逆反应。图2-2为燃料电池结构与电化学反应原理。氢气和氧气在电池的阴极和阳极上借助催化剂的作用，电离成离子，由于离子能通过在两电极中间的电解质在电极间迁移，在阴电极、阳电极间形成电压。在电极同外部负载构成回路时就可向外供电（发电）。
燃料电池的电极通常做成平板，再附上一层薄电解质，如图2-3所示。电极结构通常是多孔的，这种多孔结构保证了两侧的电解质和气体可以顺利通过，这样的结构使电极、电解质和气体之间有了最大程度的接触。
图2-2 燃料电池结构与电化学反应原理图
图2-3 燃料电池阴极-电解 质-阳极的基本结构图(www.xing528.com)
燃料电池是一种原电池，借助于电化学过程，其内部燃料的化学能直接转换为电能。燃料和氧化剂持续且独立地供给到电池的两个电极，并在电极处进行反应。电解液的作用是辅助离子从一个电极传导至另一电极。
燃料供给阳极（或正极），在该电极处，依靠催化剂，电子从燃料中释放。在两电极间电位差的作用下，电子经外电路流向阴极（或负极），在阴极处，正离子和氧结合，产生反应物或废气。
燃料电池中的化学反应类似于蓄电池中的化学反应。燃料电池的热力学电压与反应中释放的能量和转移的电子数密切相关。被原电池反应所释放的能量由吉布斯自由能的变化量给出，通常以每摩尔克分子量表达。
理想情况下，燃料电池化学反应所释放出来的最大电能量为反应过程中的吉布斯自由能变化量，燃料电池输出电压和吉布斯自由能存在一一对应关系。但在实际应用时，燃料电池的输出电压要低于上述对应值，并且随着工作状态的变化而变化，尤其是随着电流的增大而降低。造成燃料电池输出电压和理想状态存在较大差异的原因，是燃料电池在电化学反应过程中存在以下几方面的能量损失，造成系统的不可逆性（又称为极化现象），分别为：活性极化、燃料的穿透和内部短路电流、欧姆极化、浓差极化。造成这些现象的原因各不相同，并且在不同的工作条件下，各种极化现象对系统的影响程度也不同。几种极化现象的影响机理如表2-5所示。
表2-5 几种极化现象的影响机理
（续）
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