燃料電池作為新能源技術(shù)領(lǐng)域的熱點(diǎn)，被普遍認(rèn)為是一種高效清潔的新型發(fā)電方式，可靈活地為交通工具、家用電器、航空航天等提供動(dòng)力。
燃料電池是一種能有效控制燃料和氧化劑的化學(xué)反應(yīng)，并將其中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)裝置，被譽(yù)為繼火電、水電及核電之外的第四種發(fā)電方式。燃料電池雖然名叫“電池”，但實(shí)際和電池是有區(qū)別的，電池屬于儲(chǔ)能器范疇，而燃料電池不儲(chǔ)能，本質(zhì)上只是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換器，更像是一臺(tái)“發(fā)電機(jī)”。
與傳統(tǒng)發(fā)電方式相比，燃料電池有其特殊之處：在反應(yīng)過程中，燃料電池能量轉(zhuǎn)換過程無明火燃燒活動(dòng)，所以其能量轉(zhuǎn)換效率不受“卡諾循環(huán)”限制，除此之外，燃料電池還具有燃料多樣化、噪音低、排氣較清潔、對(duì)環(huán)境污染小、維修性好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
根據(jù)電解質(zhì)的不同，燃料電池可以分為堿性燃料電池、磷酸燃料 電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池和質(zhì)子交換膜燃料電池五種。目前這五種燃料電池分別處于不同發(fā)展階段。燃料電池還有幾種特殊的類型：直接甲醇燃料電池、再生燃料電池和直接碳燃料電池。2013年“燃料電池中多相能質(zhì)傳遞與反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的相互作用機(jī)理”獲國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。該項(xiàng)目深入分析燃料電池中的物理化學(xué)過程，以熱流科學(xué)與電化學(xué)交叉的獨(dú)特方法，揭示了燃料電池中質(zhì)量、能量的傳遞與電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的相互作用機(jī)理，建立了新的理論框架，并據(jù)此研發(fā)出以醇類物質(zhì)作燃料的燃料電池。在該理論的指導(dǎo)下，將燃料電池的性能在原來的基礎(chǔ)上提高了4至6倍。
目前醇類燃料電池有直接甲醇燃料電池和直接乙醇燃料電池。這兩種醇類燃料電池的燃料分別為甲醇和乙醇。但甲醇相對(duì)更容易被氧化，因而乙醇燃料電池更為常見。乙醇燃料電池的性能與以氫為燃料的質(zhì)子交換膜燃料電池還有較大差距，但質(zhì)子交換膜燃料電池造價(jià)高，這為乙醇燃料電池的發(fā)展提供了可能，但要在短期內(nèi)代替氫燃料電池作為電動(dòng)車的動(dòng)力源似乎還有一段路要走。
燃料電池如今已逐步走出實(shí)驗(yàn)室，融入社會(huì)生活。不同種類的燃料電池憑借著各自的性能優(yōu)勢(shì)在不同領(lǐng)域“大放異彩”，但其原理都是相通的。一般情況下，燃料電池單體由 三部分構(gòu)成：陽極、陰極及電解質(zhì)。其“發(fā)電”過程可大致分解為以下四個(gè)步驟：一是，在陽極催化劑作用下，燃料氣（氫氣、甲烷、甲醇等）發(fā)生氧化反應(yīng)，生成陽離子并給出自由電子；二是，在陰極催化劑作用下，氧化物（通常為氧氣）發(fā)生還原反應(yīng)，得到電子和陰離子；三是，陽極反應(yīng)產(chǎn)生的陽離子或陰極產(chǎn)生的陰離子通過電解質(zhì)運(yùn)動(dòng)到對(duì)電極上，生成反應(yīng)產(chǎn)物并排到電池外；四是，在電勢(shì)差的驅(qū)動(dòng)下電子通過外電路從陽極運(yùn)動(dòng)到陰極，這樣整個(gè)反應(yīng)過程達(dá)到物質(zhì)平衡和電荷平衡，外部用電器獲得了燃料電池所提供的電能。雖然不同類型燃料電池的基本原理是相通的，但通常由于電解質(zhì)不同，所允許通過的載流子也不同，因而對(duì)應(yīng)的電池反應(yīng)會(huì)存在一定差異。
盡管燃料電池在技術(shù)上取得了很大突破，也慢慢走向應(yīng)用，但目前的燃料電池仍存在成本高、壽命短的問題，要想在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用還面臨著諸多挑戰(zhàn)。因此，在未來一段時(shí)間內(nèi)，燃料電池技術(shù)的突破口仍舊是尋求便宜、高效的新能源電池。
