燃料电池的品种
燃料电池经过氧与氢结组成水的简略电化学反响而发电。它的品种能够多种多样，但都依据一个根本的规划，即它们都含有二个电极，一个负阳极和一个正阴极。这二个电极被一个坐落这它们之间的、带着有充电电荷的固态或液态电解质分隔。在电极上，催化剂，例如白金，常用来加快电化学反响。
燃料电池依据其电解质的性质而分为不同的类型，每类燃料电池需求特别的资料和燃料，且运用于其特别的运用。本文后边的部分将以质子交流膜燃料电池为例介绍燃料电池概念的科学技能开展，一同也评论一些其它首要规划的特色和运用。
质子交流膜燃料电池（PEMFC）
该技能是General Electric公司在20世纪50年代创造的，被NASA用来为其Gemini空间项目供给动力。现在这种燃料电池是轿车公司最喜欢运用的一类燃料电池，用来替代本来运用的内燃机。质子交流膜燃料电池有时也叫聚合物电解质膜，或固态聚合物电解质膜，或聚合物电解质膜燃料电池。
下图显现了质子交流膜燃料电池的根本规划。
在质子交流膜燃料电池中，电解质是一片薄的聚合物膜，例如聚[全氟磺]酸（poly[perfluorosulphonic]acid），和质子能够浸透但不导电的NafionTM ，而电极根本由碳组成。氢流入燃料电池抵达阳极，裂解成氢离子（质子）和电子。氢离子经过电解质浸透到阴极，而电子经过外部网路活动，供给电力。以空气方式存在的氧供应到阴极，与电子和氢离子结合构成水。在电极上的这些反响如下：
阳极：2H2 → 4H+ + 4e-
阴极：O2 + 4H+ + 4e- → 2 H2O
全体：2H2 + O2 → 2 H2O + 能量
质子交流膜燃料电池的作业温度约为80℃。在这样的低温下，电化学反响能正常地缓慢进行，一般用每个电极上的一层薄的白金进行催化。
这种电极/电解质设备一般称做膜电极装置（MEA），将其夹在二个场流板中心便能构成燃料电池。这二个板上都有沟槽，将燃料引导到电极上，也能经过膜电极装置导电。每个电池能发生约0.7伏的电，满足供一个照明灯泡运用。驱动一辆轿车则需求约300伏的电力。为了得到更高的电压，将多个单个的电池串联起来便可构成人们称做的燃料电池存储器。
质子交流膜燃料电池具有许多特色，因而成为轿车和家庭运用的抱负动力，它可替代充电电池。它能在较低的温度下作业，因而能在酷寒条件下敏捷发动。其电力密度较高，因而其体积相对较小。此外，这种电池的作业功率很高，能取得40-50%的最高理论电压，并且能快速地依据用电的需求而改动其输出。
现在，能发生50 kW电力的演示设备业已在运用，能发生高达250 kW的设备也正在开发。当然，要想使该技能得到广泛运用，依然还有一系列的问题尚待处理。其间最首要的问题是制作本钱，因为膜资料和催化剂均十分贵重。不过人们进行的研讨正在不断地下降本钱，一旦能够大规模出产，比价的经济效益将会充沛显现出来。
另一个大问题是这种电池需求纯洁的氢方能作业，因为它们极易遭到一氧化碳和其它杂质的污染。这首要是因为它们在低温条件下作业时，必需运用高铭感的催化剂。当它们与能在较高温度下作业的膜一同作业时，有必要发生更易耐受的催化剂体系才干作业。
碱性燃料电池（AFC）
碱性燃料电池是该技能开展最快的一种电池，首要为空间使命，包含航天飞机供给动力和饮用水。
碱性燃料电池的规划根本与质子交流膜燃料电池的规划类似，但其运用的电解质为水溶液或安稳的氢氧化钾基质，且电化学反响也与羟基（OH）从阴极移动到阳极与氢反响生成水和电子略有不同。这些电子是用来为外部电路供给能量，然后才回到阴极与氧和水反响生成更多的羟基离子。
阳极反响：2H2 + 4OH- → 4 H2O + 4e-
阴极反响：O2 + 2H2O + 4 e- → 4OH-
碱性燃料电池的作业温度与质子交流膜燃料电池的作业温度类似，大约80℃。因而，它们的发动也很快，但其电力密度却比质子交流膜燃料电池的密度低十来倍，在轿车中运用显得适当蠢笨。不过，它们是燃料电池中出产本钱最低的一种电池，因而可用于小型的固定发电设备。好像质子交流膜燃料电池相同，碱性燃料电池对能污染催化剂的一氧化碳和其它杂质也十分铭感。此外，其质料不能含有一氧化碳，因为一氧化碳能与氢氧化钾电解质反响生成碳酸钾，下降电池的功能。
磷酸燃料电池（PAFC）
磷酸燃料电池是当时商业化开展得最快的一种燃料电池。正如其姓名所示，这种电池运用液体磷酸为电解质，一般坐落碳化硅基质中。磷酸燃料电池的作业温度要比质子交流膜燃料电池和碱性燃料电池的作业温度略高，坐落150 – 200℃左右，但仍需电极上的白金催化剂来加快反响。其阳极和阴极上的反响与质子交流膜燃料电池相同，但因为其作业温度较高，所以其阴极上的反响速度要比质子交流膜燃料电池的阴极的速度快。
较高的作业温度也使其对杂质的耐受性较强，当其反响物中含有1-2%的一氧化碳和百万分之几的硫时，磷酸燃料电池照样能够作业。
磷酸燃料电池的功率比其它燃料电池低，约为40%，其加热的时刻也比质子交流膜燃料电池长。虽然磷酸燃料电池具有上述缺陷，它们也具有许多长处，例如结构简略，安稳，电解质蒸发度低一级。磷酸燃料电池可用作公共轿车的动力，并且有许多这样的体系正在运转，不过这种电池是乎将来也不会用于私家车辆。在曩昔的20多年中，很多的研讨使得磷酸燃料电池能成功地用语固定的运用，已有许多发电能力为0.2 – 20 MW的作业设备被装置在世界各地，为医院，校园和小型电站供给动力。
溶化的碳酸盐燃料电池 (MCFC)
溶化的碳酸盐燃料电池与上述评论的燃料电池差异较大，这种电池不是运用溶化的锂钾碳酸盐便是运用锂钠碳酸盐作为电解质。当温度加热到650℃时，这种盐就会溶化，发生碳酸根离子，从阴极流向阳极，与氢结合生成水，二氧化碳和电子。电子然后经过外部回路返回到阴极，在这过程中发电。
阳极反响：CO32- + H2 → H2O + CO2 + 2e-
阴极反响：CO2 + 1/2 O2 + 2e- → CO32-
这种电池作业的高温能在内部重整比如天然气和石油的碳氢化合物，在燃料电池结构内生成氢。在这样高的温度下，虽然硫依然是一个问题，而一氧化碳污染却不是问题了，且白金催化剂可用廉价的一类镍金属替代，其发生的剩余热量还可被联合热电厂运用。这种燃料电池的功率最高可达60%。假如其糟蹋的热量能够加以运用，其潜在的功率可高达80%。
不过，高温也会带来一些问题。这种电池需求较长的时刻方能到达作业温度，因而不能用于交通运输，其电解质的温度和腐蚀特性标明它们用于家庭发电不太安全。可是，其较高的发电功率关于大规模的工业加工和发电气轮机则具有较大的吸引力。现在的演示电池可发生高达2 MW的电力，50-100 MW容量的电力规划业已说到议事日程。
固态氧化物燃料电池（SOFC）
固态氧化物燃料电池作业温度比溶化的碳酸盐燃料电池的温度还要高，它们运用比如用氧化钇安稳的氧化锆等固态陶瓷电解质，而不必运用液体电解质。其作业温度坐落800-1000℃之间。
在这种燃料电池中，当氧阳向离子从阴极移动到阳极氧化燃料气体（首要是氢和一氧化碳的混合物）使便发生能量。阳极生成的电子经过外部电路移动返回到阴极上，削减进入的氧，然后完结循环。
阳极反响：H2 + O2- → H2O + 2e-
CO + O2- → CO2 + 2e-
阴极反响: O2 + 4 e- → 2 O2-
关于溶化的碳酸盐燃料电池而言，高温意即这种电池能抵挡一氧化碳的污染，正如上式显现的那样，一氧化碳会随时氧化成二氧化碳。这便省却了外部重整从燃料中提取氢，并且这种电池还能够再直接运用石油或天然气。固态氧化物燃料电池对现在一切燃料电池都有的硫污染具有最大的耐受性。因为它们运用固态的电解质，这种电池比溶化的碳酸盐燃料电池更安稳，但是它们用来接受所发生的高温的制作资料却要贵重得多。
固态氧化物燃料电池的功率约为60%左右，可供工业界用来发电和取暖，一同也具有为车辆供给备用动力的潜力。
直接甲醇燃料电池（DMFC）
直接甲醇燃料电池是质子交流膜燃料电池的一种变种，它直接运用甲醇而勿需预先重整。甲醇在阳极转换成二氧化碳和氢，好像规范的质子交流膜燃料电池相同，氢然后再与氧反响。
阳极反响：CH3OH + H2O → CO2 + 6H+ + 6e-
阴极反响：3/2O2 + 6H+ + 6e- → 3 H2O
电池反响：CH3OH + 3/2O2 → CO2 + 2 H2O
这种电池的希望作业温度为120℃，比规范的质子交流膜燃料电池略高，其功率大约是40%左右。其缺陷是当甲醇低温转换为氢和二氧化碳时要比惯例的质子交流膜燃料电池需求更多的白金催化剂。不过，这种添加的本钱能够因方便地运用液体燃料和勿需进行重整便能作业而相形见拙。直接甲醇燃料电池运用的技能仍处于其开展的前期，但已成功地显现出能够用作移动电话和膝上型电脑的电源，将来还具有为指定的终端用户运用的潜力。
再生型燃料电池（RFC）
再生型燃料电池的概念相对较新，但全球有许多研讨小组正在从事这方面的作业。这一技能与一般燃料电池的相同之处在于它也用氢和氧来生成电、热和水。其不同的当地是它还进行逆反映，也便是电解。燃料电池中生成的水再送回到以太阳能为动力的电解池中，在那儿分解成氢和氧组分，然后这种组分再送回到燃料电池。这种办法就构成了一个关闭的体系，不需求外部生成氢。现在，商业化开发业已走了一段旅程，但仍有许多问题尚待处理，例如本钱，进一步改善太阳能运用的安稳性等问题。
