燃料电池是一种将化学能直接转换为电能的设备，其工作原理基于电化学反应。与传统的燃烧过程不同，燃料电池通过氢气和氧气（或空气）之间的化学反应产生电力，同时只排放水和热，因此被认为是一种高效且环境友好的能源转换技术。

燃料电池的核心是电解质和两个电极：阳极（负极）和阴极（正极）。根据使用的电解质类型，燃料电池可以分为几种不同的类别，包括质子交换膜燃料电池（PEMFC）、碱性燃料电池（AFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）和固体氧化物燃料电池（SOFC）等。

在质子交换膜燃料电池中，氢气被供应到阳极，而氧气则被供应到阴极。在阳极上，氢气分子被催化剂分解成氢离子（质子）和电子。产生的电子不能通过质子交换膜，因此它们必须通过外部电路流动，从而形成电流。与此同时，氢离子穿过质子交换膜到达阴极，在那里与氧气和电子结合形成水。整个过程中，化学能转化为电能，且唯一的副产品是水，几乎不产生污染。

由于其高效率和低排放的特点，燃料电池技术在交通运输、固定电源和便携式电源等多个领域展现出巨大的应用潜力。随着技术的进步和成本的降低，燃料电池有望成为未来清洁能源的重要组成部分。