燃料电池虽然也是电池家庭的成员,但是它与干电池、蓄电池都不同,它的化学燃料不是装在电池的内部,而是储存在电池的外部,可以按电池的需要,源源不断地提供化学燃料,就像往炉膛里添加煤和油一样,所以人们称它为燃料电池。

实际上,燃料电池能把燃料所具有的化学能连续而直接地转变成电能,其发电效率比现在应用的火力发电还高,因此,将它称为“新型发电机”似乎更合适些；但它又比一般的发电机优越,在发电的同时还可获得质量优良的水蒸汽．也就是说,燃料电池既能发电,又可供热,故其总的热效率可望达到80％。

燃料电池的原理早在一百多年前就被人们发现了,后来到1932年,科学家在理论上进行了论证,为研制现代燃料电池打下了基础．1958年,燃料电池正式问世,其输出功率为五千瓦,工作温度为200℃,所产生的电力足以开动风钻和电车．60年代,燃料电池作为“阿波罗”等宇宙飞船的电源,为宇宙开发立下了汗马功劳．近年来,输出直流电4.8 兆瓦的燃料电池发电厂的试验已获成功,人们正在进一步研究设计11 兆瓦的燃料电池发电厂。

燃料电池在结构上与蓄电池相似,也是由正极、负极和电解质组成．其正极和负极大都是用铁和镍等惰性、微孔材料制成；从电池的正极把空气或者氧气输送进去,而从负极将氢气、碳氢化合物、甲醇、甲烷、天然气、煤气和一氧化碳等气体燃料输送进去,这时,在电池内部,气体燃料和氧发生电化学反应,于是,燃料的化学能便直接转变成了电能。

作为燃料的氢在负极上与电解质一起进行氧化反应,生成带正电的离子和带负电的电子,而电子通过外电路跑到正极上,与作为氧化剂的氧和电解质一起进行还原反应,最后生成带负电的离子．带电正离子和负离子在电解质中结合而生成水蒸汽,因此,只要不断地把燃料供给电池,并及时把电极上的反应产物和废电解质排走,就可以源源不断地提取电能和水蒸汽。

燃料电池与一般火力发电相比,具有以下几个优点:

(1)发电效率高,而且稳定．一般的火力发电的能源转换效率只有30－40％,而燃料电池在所有的发电装置中转换效率是最高的,目前已达到50－70％,预计将来可达到80％。

(2)工作可靠,不产生污染和噪音．燃料电池在反应过程中只产生水蒸汽,所以不会污染环境,由于它没有运动部件,自然不会产生噪音。

(3)使用方便,电损耗低．燃料电池可以安装在用户跟前,既简化了输电设备,又降低了输电线路的电损耗。

(4)建发电站用的时间短,而且还可根据需要随时扩大规模．燃料电池本身是由模式组合件构成的,几百上千瓦的发电部件可以预先在工厂里做好,然后再把它运到燃料电池发电站去进行组装．因此,可大大缩短建站时间,而且电站规模可随着电力需求量的增加而不断扩大。

(5)它的体积小、重量轻、使用寿命长,单位体积输出的功率大,可以实现大功率供电。

目前,燃料电池主要在宇航工业、海洋开发和电气货车、通讯电源等方面得到实际应用．例如,美国的一艘潜艇用燃料电池代替铅蓄电池后,其潜水时间增加了三倍。

美国曾在70年代初期,建成了一座1000 千瓦的燃料电池发电装置,随后,这套发电装置并入电网运行,成功地运行了一千多个小时．目前,美国的一些住宅区和商业区已开始用上40 千瓦的燃烧电池．这种电源装置结构简单,使用维修方便,又不污染环境,因而很受用户欢迎．日本也在研制燃料电池,并在80年代初研制成功0.48 万千瓦的磷酸解质电池。

现在人们已研制出一种新型高效能燃料电池,这种电池不仅价钱便宜,而且体积小,重量轻,污染少．这种由片状陶瓷制成的新型燃料电池,它的每个陶瓷片都由几层陶瓷组成,在陶瓷层间有许多微小的小三角形通道,燃料和空气分别从这些通道中流过,并穿过陶瓷薄壁而相互进行电化学反应．这种燃料电池的工作温度高达800－1000℃,足以将所有的轻质碳氢燃料分解成有用的氢和一氧化碳．这样,像汽油、酒精、煤气等都可以作为这种燃料电池的燃料,从而扩大了它使用燃料的范围。

目前,这种高效能的燃料电池还处在研制阶段．人们预计,用来驱动汽车的小型陶瓷燃料电池将会在21 世纪初得到实际应用,它的大小与现在汽车上的大蓄电池相似,可以输出50 千瓦电力,供开动车辆使用．而且这种新颖的陶瓷燃料电池还将在其他方面发挥作用,美国准备将它用作战地发电机,以及作为无声电动坦克和“星球大战”计划卫星上的电源。