燃料電池（FuelCell）是一種將燃料和氧化劑中的化學能直接、連續地轉變為電能的發電裝置。燃料電池主要由陽極、陰極、電解質和外部電路等組成，圖1是組成燃料電池的基本單元的示意圖。其單體電池是由兩個電極以及電解質組成，陽極為氫電極，陰極為氧電極。通常，陽極和陰極上都含有一定量的催化劑，用來加速電極上發生的電化學反應，兩極之間是電解質。燃料電池的正、負極本身不包含活性物質，只是個催化轉換元件。


以質子交換膜燃料電池為例，燃料電池的工作原理如下：

（1）氫氣通過管道或導氣板到達陽極；

（2）在陽極催化劑的作用下，1個氫分子解離為2個氫質子，并釋放出2個電子，陽極反應為：

H2→2H++2ｅ

（3）在電池的另一端，氧氣（或空氣）通過管道或導氣板到達陰極，同時，氫離子穿過電解質到達陰極，電子通過外電路也到達陰極；

（4）在陰極催化劑的作用下，氧和氫離子與電子發生反應生成水，陰極反應為：

1/2O2+2H++2ｅ→H2O

總的化學反應如下：

H2+1/2O2＝H2O＋電能＋熱量