165年前，也就是1831年，英国科学家法拉第发现了电磁感应现象，一组在磁场内进行切割磁力线运动的闭路导线，会产生电流。这个伟大的发现，为电进入我们的生活和生产拉开了序幕。当时开创的用机械能推动磁场内线圈，使机械动能变为电能的方法，至今乃是人们获得电能的主要途径。

使机械功能变成电能的最典型方式是热能发电。这个发电过程涉及到好几步能量形式的转换。就拿火力发电来说吧！首先是煤里贮存的化学能，在燃烧时变成热能，然后使水沸腾，成为水蒸汽的动能；水蒸汽再去推动气轮机，产生机械能；最后靠汽轮机带动发电机，产生出电能来。这样一次又一次的能量形式转换，每一次都会发生能量的损耗，所以从化学能到电能，真正的转换效率才30%左右，大半都在中途损失掉了。

如何才能提高化学能到电能的转化效率呢？这就要提我们将要介绍的燃料电池了。

燃料电池虽然也是电池家族的成员，然而它与干电池、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资料，就像往炉膛里添煤一样，所以人们将它称为燃料电池。且因为燃料电池多以氢为燃料，又被人们称为氢氧电池。

燃料电池是一门新技术，但它的原理却还得从100多年前说起。1838年，也就是法拉第发现电磁感应现象的7年后，英国科学家格罗夫在研究用铂电极电解水制取氢气和氧气时，脑子里忽然闪过一个念头。他觉得电流能使水分解为氢和氧，那么倒过来，使氢和氧在电板发生电子交换，会不会产生电流呢？格罗夫做了实验，并证实了自己的想法是对的。但是，格罗夫的发现在当时除了证明电能和化学能在理论上是可以互相转换之外，在实用上并没有受到重视。在经历了100多年的沉寂之后，燃料电池才像古董一样又被现代的科学家发掘出来。1932年，美国科学家班库创立了燃料电池的技术原理，从而打开了应用氢能直接发电的大门。20世纪60年代，美国人根据班库的理论研制出宇宙飞船用的燃料电池，为阿波罗登月和进一步的宇宙开发立下了汗马功劳。近年来，能输出兆瓦级功率的燃料电池发电厂的试验也已获得成功。美、日等发达国家正在进一步研究更大功率的燃料电池，探索其作为商业电源代替常规电厂的可能性。

燃料电池在结构上与蓄电池相似，也是由正、负极和电解质组成。电极是由多孔、导电、电解质不能自由流通的特殊材料制成的，而在电极之间则是能传递电荷的电解质水溶液。从电池的正极可以输入空气或者氧气，而从负极将氢气等气体燃料输送进去。这时，在电池内部氢和氧就发生了电化学反应，于是，燃料的化学能便直接转变成了电能。

当两片电极用导线接通时，电池就开始发生如下方式的变化：

在负极（即氢电极上）

在正极（即氧电极上）(www.daowen.com)

变化的结果是在正电极表面生成水，确切地说是高温水蒸气，而在两极之间形成电流。因此，当电池被连通时，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，就能源源不断地提供电能和水蒸气。很明显，燃料电池的这种氢、氧发电方式和氢燃烧发出高温，加热水成蒸汽，再用蒸汽推动汽轮机，最后带动发电机发电的方式是完全不同的。

在热能发电中，由于受到一条叫卡诺法则的热力学定理的约束，从热能到电能的理论转换效率不会超过40%。目前一般热电厂的能源转换率为30%多。因此在热电转换效率方面可挖掘的潜力也就是要把发电效率从现在的30%多提高到接近40%，可以说英雄已无多少用武之地了。

然而在燃料电池中，由于电能是直接从化学能直接转化过来的，避免了中间的“二道贩子”的层层剥削，所以理论上的效率可达100%。不过在实际过程中，由于燃料中混有杂质、正极会发生过氧化反应等，会影响燃料电池的能量转换效率。目前最新的燃料电池效率已能达到80%左右，是热能发电的理论转换效率的两倍。除了效率高以外，燃料电池在反应中只产生水蒸气，也就不存在污染环境的问题，水蒸气的余热还可以用来供热。由于它没有动转的机械部件，也就不会产生噪音。燃料电池电厂又不需要常规电厂那样的锅炉，发电机组等庞大的成套设备，所以占地面积和建设工程量都大大减少，这样就可以直接安装在用户附近，又可省去很大一部分变电设备和降低输电线路的电损耗。因为燃料电池本身是模块组合件构成的，几百千瓦的发电部件可以预先在工厂里做好，再送到燃料电池发电厂去进行组装并联，因此可大大地缩短建厂的周期，而且电站的规模可以随着电力需求量的增加而不断扩大。

这时，我们也许会有这样的疑惑：燃料电池有这么多优点，为什么只是雷声大、雨点小，也没见世界各国推广应用啊！关键的问题在于这种电池制造技术复杂、成本昂贵。就拿燃料电池的电极来说吧：燃料电池的电极，首先必须能够有效地吸附氢气和氧气，因此它应该是一种多孔性，像海绵那样的物质；其次，它又必须防止电解质水溶液的渗透，以保证与电极相通的贮气室不漏进一点电解质，这就要求电极的孔隙只能透气却不能透水；再者，负极不单要能吸附气体，还要起到催化剂的作用，来活化所吸附的气体，使之电离；同时考虑到电池的寿命和效率，还要求电极有良好的抗腐蚀性和导电性。

能够同时满足上述要求的材料可谓少之又少。目前的燃料电池电极通常是在多孔的聚四氟乙烯的基底上再涂上一层镀铂的碳粒制成的。我们知道铂是一种十分昂贵的金属，因此为了降低燃料电池的制造成本，有利于推广燃料电池的应用，我们必须寻找一种铂的代用品，或者开发先进的镀膜工艺，减低碳粒上铂层的厚度而又不影响电极的性能。

正在研制的多层片状陶瓷燃料电池有助于进一步降低燃料电池居高不下的成本。这种电池不单价钱便宜、体积小、重量轻，而且其工作温度高达近千摄氏度，足以把所有的轻质碳氢化合物燃料分解成为氢和一氧化碳，从而扩大了它使用燃料的范围。这样在人类尚未掌握从太阳能和核聚变能中大量获取氢的技术前，我们就可以先行一步进入氢能世纪了。

人们预计，用于推动汽车的小型陶瓷燃料电池将会在下世纪初得到实际应用，而用于大型发电厂的燃料电池组件也可进入生产型开发阶段。这种新型燃料电池还将在许多方面发挥作用，它还可以作为战地发电机，以及电动坦克的电源，可以作用调峰电站使用，也可以作为边远分散住户的供电供热。

可以说，燃料电池将是人类走向氢能世纪过程中的一个新的里程碑。