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燃料电池可利用的燃料不只是氢，但本文以氢为例介绍其发电原理和构造。
两边最外侧是极板（分离器），往里依次是垫片、触媒电极，插在两个触媒电极中间的是氢离子交换膜。两侧分离器的作用是向触媒电极分别供给燃料及氧气，同时排出在触媒电极上生成的水。分离器的材料必须具有导电性，用石墨板及金属板制作，在板的两侧开有很多沟槽，使燃料、空气、水在沟槽中流动，燃料氢从分离器扩散，到达相对的触媒电极。触媒电极板只有数十微米厚，板上涂布有炭粉，在炭粉中分散有数十埃大小粒度的贵金属铂粉粒，厚度是0.2～数mg/cm2。
在金属铂粉粒上，氢分子被分离为氢离子和电子，即h2铂2h++2e，这个与燃料接触的电极为燃料极，叫做阳极。在阳极生成的氢离子可以穿过氢离子交换膜，氢离子交换膜是数十微米厚的高分子材料，这个膜具有只传导氢离子，不能传导电子的性质。即只允许氢离子透过，不允许电子透过。
电极上的电子返流向分离器，传给外部回路导体，通过外部回路再转移到另一侧的电极。电子移动产生电能，在电子通过的外部回路中接入电动机，电能就可以驱动电动机旋转，电能转换成了动能。在此，重要的是氢离子和电子传递的是不同的路径。
氢离子和电子从不同的路径到达同一电极，在这个电极上电子和氢离子与从外部供给的空气中的氧反应生成水，即2h++2e+0.5o2→h2o，这个进行氧化反应的电极叫空气极或阴极。由氧化反应产生的能量成为移动电子和氢离子的力。
两边最外侧是极板（分离器），往里依次是垫片、触媒电极，插在两个触媒电极中间的是氢离子交换膜。两侧分离器的作用是向触媒电极分别供给燃料及氧气，同时排出在触媒电极上生成的水。分离器的材料必须具有导电性，用石墨板及金属板制作，在板的两侧开有很多沟槽，使燃料、空气、水在沟槽中流动，燃料氢从分离器扩散，到达相对的触媒电极。触媒电极板只有数十微米厚，板上涂布有炭粉，在炭粉中分散有数十埃大小粒度的贵金属铂粉粒，厚度是0.2～数mg/cm2。
在金属铂粉粒上，氢分子被分离为氢离子和电子，即h2铂2h++2e，这个与燃料接触的电极为燃料极，叫做阳极。在阳极生成的氢离子可以穿过氢离子交换膜，氢离子交换膜是数十微米厚的高分子材料，这个膜具有只传导氢离子，不能传导电子的性质。即只允许氢离子透过，不允许电子透过。
电极上的电子返流向分离器，传给外部回路导体，通过外部回路再转移到另一侧的电极。电子移动产生电能，在电子通过的外部回路中接入电动机，电能就可以驱动电动机旋转，电能转换成了动能。在此，重要的是氢离子和电子传递的是不同的路径。
氢离子和电子从不同的路径到达同一电极，在这个电极上电子和氢离子与从外部供给的空气中的氧反应生成水，即2h++2e+0.5o2→h2o，这个进行氧化反应的电极叫空气极或阴极。由氧化反应产生的能量成为移动电子和氢离子的力。