与电池一样，燃料电池也是能量转换器——它们利用电化学反应将储存在燃料源中的化学能转化为电能。与电量固定的电池不同，燃料电池不需要充电，只要燃料持续供给，它就会产生电、水和热。
燃料电池由两个电极和一个电解质膜组成。电极分为负极和正极，将电解质膜夹在中间。这个系统通过一系列的化学反应，将电子从燃料分子中分离出来，从而产生能量。
燃料电池所使用的燃料通常是氢。氢从一侧被送入正极，而氧从另一侧被送入负极。在正极，氢燃料分子被分离成质子和电子，这些质子和电子将以不同的路径流向负极。电子通过电路到达负极，并产生电流；质子则通过电解质到达负极，一旦到达负极，氧分子与电子和质子反应生成水分子。
燃料电池是一种清洁能源，其仅有的副产物是电、热和水。单用一个燃料电池只能产生几瓦的功率；因此，燃料电池可以堆叠在一起，形成一个燃料电池堆。当燃料电池堆叠在一起时，其输出功率会有很大的变化，从几千瓦到几兆瓦不等。
燃料电池可以灵活使用多种类型的燃料。虽然氢是最常见的燃料来源（因此燃料电池俗称氢燃料电池），但天然气和氨等富氢燃料也是可行的。
氢：当使用可再生电力（如太阳能、风能和水力发电）制氢时，生产过程可实现完全零碳排放。氢燃料电池（即以氢为燃料的燃料电池）产生电、热和水，不会向空气中释放二氧化碳或其他污染物。
天然气：由于绿氢还未实现大规模量产，天然气目前仍然是最主要的制氢来源。在这种情况下，燃料电池并非完全无排放，但其排放量确实比其他燃料（如石油和煤炭）低得多。
氨：氨在农业中主要用作肥料。近年来，一些公司致力于开发绿氨，通过替代能源驱动水电解制氢产生，这使其成为低碳燃料的另一种选择。
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