燃料電池，是近20年各國(guó)AIP潛艇項(xiàng)目中熱衷研究采用的新型能源。

        德國(guó)最早開(kāi)發(fā)的潛艇燃料電池系統(tǒng)，選擇直接儲(chǔ)存氫的方式，也開(kāi)發(fā)了使用甲醇燃料的燃料電池。其他企業(yè)，例如加拿大貝拉德動(dòng)力系統(tǒng)公司(BallardPowerSystem，BPS)為加國(guó)海軍購(gòu)自英國(guó)的維多利亞級(jí)柴電潛艇，開(kāi)發(fā)了特種燃料電池，以柴油進(jìn)行甲醇化合作用，來(lái)獲得氫氣。

 

        燃料電池是以氫氣、氧氣進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)(又稱(chēng)冷燃燒，ColdCombustion)，由陽(yáng)極（Anode）、陰極（Cathode）、電極外的觸媒層、電解質(zhì)（Electrolyte）、分配燃的流場(chǎng)板（Gasdistributor）以及電收集器（CurrentCollector）組成。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)時(shí)，燃料電池系統(tǒng)向陰極供應(yīng)燃料（氫），向陽(yáng)極供應(yīng)氧化劑（氧氣）。在陰極上，氫分解成氫離子和電子，氫離子進(jìn)入電解液中，而電子則沿外部電路移向陽(yáng)極。在陽(yáng)極上，氧與電解液中的氫離子以及抵達(dá)陽(yáng)極的電子結(jié)合，這正是水的電解反應(yīng)的逆過(guò)程。電化反應(yīng)進(jìn)行時(shí)，陰極移往陽(yáng)極的電子提供船艦所需的電能，驅(qū)動(dòng)潛艇電動(dòng)機(jī)，進(jìn)而推進(jìn)潛艇進(jìn)行航行。產(chǎn)生的水或其他氣體產(chǎn)物則予以排出。

 

       燃料電池就像內(nèi)燃機(jī)一般，只要補(bǔ)充燃料（提供氫）與氧化劑就能不斷地運(yùn)作，而傳統(tǒng)蓄電池耗盡后則需進(jìn)行逆反應(yīng)，也就是充電。相比傳統(tǒng)硫酸電池，燃料電池在電池耗盡前電位差都不會(huì)改變。傳統(tǒng)硫酸鉛蓄電池運(yùn)作時(shí)因?yàn)殡娊赓|(zhì)濃度不斷下降，提供的電壓遂不斷降低。因?yàn)樵跐撏�上不便更換電解質(zhì)，傳統(tǒng)電池在潛艇上有著很大的缺點(diǎn)。

 

        燃料電池的燃料──氫的來(lái)源可為直接儲(chǔ)存（包含液態(tài)儲(chǔ)存或金屬儲(chǔ)氫）、來(lái)自其他化學(xué)物質(zhì)（如甲醇、乙醇溶液）經(jīng)由重整來(lái)取得氫等等。有一種獲得氫氣的選擇是透過(guò)柴油化合獲得，理論上能讓潛艇的燃料單純化，因?yàn)榕c潛艇柴油主機(jī)共用燃料，不過(guò)實(shí)際上一般柴油的純度無(wú)法滿(mǎn)足重整獲得足夠氫氣的需求，仍需要特制的高品質(zhì)柴油。
 

         依照電解質(zhì)種類(lèi)，現(xiàn)階段燃料電池可分為可分為質(zhì)子交換膜燃料電池（Pro噸ExchangeMembraneFuelCell，PEMFC）、鹼性燃料電池（AlkalineFuelCell，AFC）、磷酸燃料電池（PhosphoricAcidFuelCell,PAFC）等低溫燃料電池，操作溫度介于攝氏80至200度；此外，還有能用空氣當(dāng)作氧化劑、用天然氣或甲烷當(dāng)作燃料的熔融碳酸鹽燃料電池（MoltenCarbonateFuelCell,MCFC）與固態(tài)氧化物燃料電池（SolidOxideFuelCell，SOFC），這屬于高溫燃料電池，工作溫度在攝氏500至1000度，固態(tài)氧化物燃料電池不需要觸媒。
 

        質(zhì)子交換膜燃料電池是潛艇大國(guó)在考慮的一種新科技。它在陰、陽(yáng)極之間使用一種質(zhì)子傳導(dǎo)膜當(dāng)作電解質(zhì)，負(fù)責(zé)傳導(dǎo)陰陽(yáng)兩極之間的帶電離子，并隔離兩極的反應(yīng)物。因此，質(zhì)子交換膜不僅負(fù)責(zé)傳輸氫離子，還必須降低其他中性氣體的滲透率，阻止陰陽(yáng)兩極產(chǎn)生的氣體交流反應(yīng)，進(jìn)而危害整個(gè)電池系統(tǒng)，這在潛艇上極為重要。
 

       質(zhì)子交換膜由多孔性的固態(tài)高分子所構(gòu)成，其本身并不導(dǎo)電，不過(guò)必須是離子的良導(dǎo)體，必須同時(shí)具有高的離子導(dǎo)電性、良好的尺寸安定性、高耐熱性、長(zhǎng)期電化反應(yīng)下的穩(wěn)定性、低電滲透牽引力（ElectricosmosisDrag），并能與觸媒使用的結(jié)合劑相容。

對(duì)于潛艇應(yīng)用來(lái)說(shuō)，質(zhì)子交換膜燃料電池具有體積小、重量較輕、運(yùn)作時(shí)溫度與腐蝕性低（易于選擇制作材料）、能在室溫下工作、壽命長(zhǎng)、啟動(dòng)迅速、功率易于調(diào)整等特性，成為燃料電池發(fā)展的主流。