隨著化石燃料日漸枯竭，加上這些燃料在輸送和使用的過程中所產生的種種問題，以及引起的全球溫室效應，造成南北極的冰山融化和生態環境被破壞等現象。人類除了應更加善用現有能源外，開發環保的能源儲存及能源轉換的技術實是當務之急。當化石燃料使用殆盡後，可再生能源的時代隨之來臨。大家可能隨即想到太陽能、風力和水力等再生能源，但對「燃料電池」一詞就可能較陌生。本章就從不同角度介紹一下吧！
 
何謂燃料電池
英文為Fuel Cell是一種將燃料的化學能，透過電化學反應直接轉換成電能的裝置。只要持續為裝置添加燃料就可維持其電力，而其燃料是「氫」。可取自任何的碳氫化合物，例如天然氣、甲醇、乙醇(酒精)、水的電解和沼氣等。

燃料電池歷史 
最早見於1839年，由英國的格魯夫(Grove)發明，他的基本構想源自水的電解實驗，水的電解過程是用電將水分解成氫氣與氧氣。格魯夫認為將氫氣與氧氣反應，有可能逆轉電解過程而產生電。他以鉑黑(Pt)為電極催化劑製出簡單的氫氧燃料電池點亮了倫敦講演廳的照明燈。

燃料電池先驅者格魯夫(1811-1896)。

1889年，化學家蒙得(Mond)和藍格爾(Langer) 首度提出「燃料電池」一詞。他們把石棉網狀多孔性支持物浸入稀硫酸，以粉末鉑黑作催化劑，鉑或金作載流體，開發了電流密度為3.6mA／cm2，電壓為0.73V的燃料電池。時至今日他們的電池從結構上亦與現在的燃料電池相似。

1921年，德國人伊芭(E．Baur)以碳酸鉀和碳酸鈉的混合熔融鹽為電解液，氧化鐵為陰極，空氣作為陰極活性物質，鐵為陽極，氫為陽極活性物質構成燃料電池。在800℃陰極電流密度為4.1mA／cm2時，電壓為0.765V，這個電池成為今日熔融碳酸鹽燃料電池的基礎。

1932年培根(Bacon)根據斯密德(Schmid)所提出的多孔結構之氣體擴散電極概念而開發出雙孔電極，並將蒙得和藍格爾所發明的裝置加以改良製作出培根電池，實際上就是第一個鹼性燃料電池。
 

培根與他改良製作的培根電池(左)。

20世紀50年代有了實質性的進展，培根用高壓氫氧製成了具有實用功率水平的燃料電池。60年代初，美國研製出質子交換膜燃料電池，美國航空太空總署並將其用作太空船的主要電源。同時，兆瓦級的磷酸燃料電池也研製成功。隨著70年代出現的能源危機，以及80年代起環保意識提昇，不同型式的燃料電池被開發出來，這提昇了燃料電池的發電性能，也拓展了燃料電池的應用領域。
 

早期太空船用燃料電池。

基本結構  (中題)
以氫燃料電池而言，燃料電池包含電極，電解質薄膜和集電器(又稱雙極板)。電極是燃料氧化與氧化劑還原的電化學反應發生的場所，可分為陽極與陰極兩部份；電解質的功能是分隔氧化劑與還原劑並同時傳導質子；集電器具有收集電流、疏導反應氣體以及分隔氧化劑與還原劑的作用。

 燃料電池基本結構模擬圖。
 

工作原理
一)氫氣由燃料電池的陽極進入，氧氣(或空氣)則由陰極進入。

二)鍍在陽極那側的鉑基催化劑使原子分裂出氫電子與質子。

三)電子由陽極端經外部迴路傳至陰極，並提供電力(因電子的流動而產生)給負載使用。

四)同時，質子通過質子交換膜到達陰極。五)陰極那側的催化劑，使質子、電子及氧結合，產生水和熱。六)若想提高電壓，則將多組電池集結成電池組。
 

燃料電池運作原理解構圖。