燃料电池是一种将燃料中的化学能通过电化学反应直接转换为电能的能量转换装置，是氢能使用最普遍的能量转换方式。燃料电池工作时不涉及做功和其他形式的能量转化过程，不受卡诺循环的限制，所以能量转换效率非常高，理论上高达80%~95%，实际使用效率40%~60%。燃料电池运行时产生的NOx、SOx等有毒有害的气体非常少，可以有效减少环境污染，而且噪声低，被认为是继火电、水电、核电之后的第四种发电方式。 

　　燃料电池结构主要可以分为电解质、阴极和阳极三个组成部分。燃料电池工作时，阴极侧通入空气或氧气，阳极侧通入燃料气，主要为氢气，电解质起传导离子、隔绝气体的作用。按照电解质的成分分类，燃料电池主要可以分为碱性燃料电池（alkaline  fuel cell，AFC）、 质子交换膜燃料电池（polymeric-electrolyte-membrane fuel cell，PEMFC）、磷酸燃料电池（phosphoric-acid fuel cell，PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（moltencarbonate fuel cell，MCFC）、和固体氧化物燃料电池（solid oxide fuel cell，SOFC）。

　　按照工作温度划分，燃料电池可以分为低温燃料电池（AFC、PEMFC）、中温燃料电池（PAFC）和高温燃料电池（MCFC、SOFC）；按照酸碱性划分，可以分为碱性和酸性燃料电池，电解质传导阴离子的属于碱性燃料电池，电解质传导质子的属于酸性燃料电池；按照燃料的种类，可以分为氢燃料电池、甲醇燃料电池、天然气燃料电池等。不过无论怎么划分，本质上是因为电解质的性质不同所导致的。因为质子膜需要水分保证电导率，所以 PEMFC必须工作在 100℃以下；因为 YSZ 需要在高温下才有传导氧离子的能力，所以 SOFC 需要工作在 500℃以上，而高温又使它具备催化除氢气以外其他燃料的能力。