能源在我们生活中必不可少。传统化石燃料的燃烧虽然可以产生能量，为我们生活带来便利，但是这一过程会产生大量的二氧化碳和有害物质，长期规模化利用对环境造成巨大不良影响。而且，这些传统能源（石油、煤炭以及天然气）的储量有限，因此迫切需要开发新的能源来替代化石燃料。

那么，有没有一种燃料可以在利用之后，不产生任何污染呢？科学家们发现氢气就是这样的一种物质。大家对氢元素并不陌生，小朋友们爱玩的氢气球就是由氢元素构成的氢气充起来的。氢处在元素周期表的第一位，是世界上最轻的元素，也是宇宙中含量最多的元素。氢元素的含量以及它的特质让它注定不会平凡。

氢的不平凡之处何在呢？氢气的燃烧产物只有水，不会产生任何的污染物。但氢气的燃烧反应非常剧烈，安全性较低，同时能量会转化为热能，对氢气的利用不能达到最好的程度。更有效的利用方式是将氢气的能量直接转换为电能，也就是我们所说的氢燃料电池装置。

这个电池和我们平常生活中的电池不一样，通俗点来说，它像是一个发电的发动机。家里的电动车要是没电了，我们需要给它充电，要是氢氧燃料电池没电了，只要给它通入氢气和氧气就可以了，就像汽车的发动机，汽车跑不动了给汽车加点油就好了。但是，既然叫做电池，就说明产生的是电能，而不像发动机一样产生热能。与一般电池一样，它也有阴极和阳极，阳极通入氢气，阴极通入氧气，中间加入一层质子交换膜，保证阴阳极之间可以相连接，整体结构像个三明治。

以上是对燃料电池的整体描述，下面我们进一步了解其内部结构与反应发生的进程，如下图所示：

阳极侧：氢气从左侧的进气口进入，经过气体扩散层，到达催化层，发生失电子的化学反应，产生的质子经过质子交换膜到达阴极催化层，而电子经过外电路从阳极到达阴极，电子在外电路的运动产生电流，向外供电；

阴极侧：氧气从右侧进气口进入，经过气体扩散层到达催化层，与从阳极传输来的质子发生反应产生水热，水从阴极排出。

我们只要不停地给阳极供氢气，阴极供氧气，并及时将所产生的水排出，就可以实现持续供电。氢氧燃料电池理论上的能量利用率可以达到80%左右，是很有发展潜力的一种新能源装置。且反应的产物只有水，真正实现了零排放零污染。

以上介绍的都是单片燃料电池，而单片电池能提供的能量是有限的，想要投入到实际的应用中需要把多片电池串联在一起，组成一个电堆。就像把两个南孚电池串联在一起就能产生更大的能量一样，把许多片燃料电池连接在一起组成的电堆就可以产生很大的能量，足够驱使汽车的运行，如下图材料复合新技术国家重点实验室自主研发的120KW燃料电池电堆实物所示。

现如今对燃料电池的应用已经涉及到各个方面，像航空航天、汽车、舰船等领域都有燃料电池的身影，特别是在汽车领域，已经得到了长足的进步。相信在不久的将来，燃料电池的实际应用会更为普及。