燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的装置，其基本原理是通过电化学反应实现能量转换。
燃料电池的工作原理如下：
- 氢气供应：燃料电池使用氢气作为燃料。氢气可以通过多种方法获得，例如水电解、天然气重整、生物质转化等。在一些类型的燃料电池中，还可以使用其他可燃气体，如甲醇或天然气。
- 氢气在阳极的氧化反应：在燃料电池的阳极（负极），氢气（H2）被氧化成质子（H+）和电子（e-）。这个过程可以用以下方程式表示：
H2 → 2H+ + 2e-
- 电解质传导：在燃料电池中存在一个电解质层，通常是一个质子交换膜（PEMFC）或氧化物固体电解质（SOFC）。电解质层只允许质子通过，而阻止电子通过。
- 电子流动：由于电子无法通过电解质层，它们被迫沿着外部电路流动，从阳极到阴极，形成电流。这个电流可以用于驱动外部设备或充电电池。
- 氧气供应和还原反应：在燃料电池的阴极（正极），氧气（通常是空气中的氧气）被还原成水（H2O）。这个过程可以用以下方程式表示：
O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O
- 产生的水排出：通过还原反应产生的水可以从燃料电池中排出。
总的来说，燃料电池通过将燃料（如氢气）在阳极氧化产生质子和电子，利用质子交换膜或固体电解质阻止电子流动，使电子沿外部电路流动产生电流，同时在阴极上与氧气还原生成水。这个过程实现了化学能到电能的直接转换，而且不产生有害的排放物，是一种清洁高效的能源转换技术。
