與電池一樣，燃料電池也是能量轉換器——它們利用電化學反應將儲存在燃料源中的化學能轉化為電能。與電量固定的電池不同，燃料電池不需要充電，只要燃料持續供給，它就會產生電、水和熱。
燃料電池由兩個電極和一個電解質膜組成。電極分為負極和正極，將電解質膜夾在中間。這個系統通過一系列的化學反應，將電子從燃料分子中分離出來，從而產生能量。
燃料電池所使用的燃料通常是氫。氫從一側被送入正極，而氧從另一側被送入負極。在正極，氫燃料分子被分離成質子和電子，這些質子和電子將以不同的路徑流向負極。電子通過電路到達負極，并產生電流；質子則通過電解質到達負極，一旦到達負極，氧分子與電子和質子反應生成水分子。
燃料電池是一種清潔能源，其僅有的副產物是電、熱和水。單用一個燃料電池只能產生幾瓦的功率；因此，燃料電池可以堆疊在一起，形成一個燃料電池堆。當燃料電池堆疊在一起時，其輸出功率會有很大的變化，從幾千瓦到幾兆瓦不等。
燃料電池可以靈活使用多種類型的燃料。雖然氫是最常見的燃料來源（因此燃料電池俗稱氫燃料電池），但天然氣和氨等富氫燃料也是可行的。
氫：當使用可再生電力（如太陽能、風能和水力發電）制氫時，生產過程可實現完全零碳排放。氫燃料電池（即以氫為燃料的燃料電池）產生電、熱和水，不會向空氣中釋放二氧化碳或其他污染物。
天然氣：由于綠氫還未實現大規模量產，天然氣目前仍然是最主要的制氫來源。在這種情況下，燃料電池并非完全無排放，但其排放量確實比其他燃料（如石油和煤炭）低得多。
氨：氨在農業中主要用作肥料。近年來，一些公司致力于開發綠氨，通過替代能源驅動水電解制氫產生，這使其成為低碳燃料的另一種選擇。
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