将燃料的化学能直接转换成电能的能量转换装置。
概述
瓦锡兰固体氧化物型燃料电池船用燃料电池是满足船用条件，能够连续将燃料的化学能转换为电能的能量转换装置。
所谓燃料电池，就是将从化学反应中产生的能源直接转化为电力使用，其最大转化效率可达80%（氢燃料）。天然气、生物气体、甲醇、乙醇柴油、氢气等都可以作为燃料。其中LNG燃料电池与常规柴油主机相比，每kW可减少50%的二氧化碳排放量。
与一般电池不同之处在于能转换成电能的燃料不在电池内部，而是储存在电池外部。因此，只要连续不断地将燃料供給燃料电池就能不断地发出电能。燃料电池的基本组成为正负极、电解质、燃料、氧化剂及相关的辅助系统。由于电极不含活性物质，因此电极只是能量转换的场所。为使燃料高效转化，电极上载有催化剂。为提高电极性能，一般都制成多孔电极。电解质根据燃料电池类型的不同，选用碱溶液、酸溶液、熔融态盐类、固体氧化物或离子交换膜。燃料可以是气态或液态。氧化剂可以是氧气、空气、卤素、过氧化氢等。燃料电池按工作温度可分为低温（100℃以下) 、中温（200℃左右) 和高温（500℃以上）三类。由于燃料电池等温运行，因此转换效率不受卡诺效率限制，效率可达50％~80％。燃料电池的功率可达一般蓄电池的10倍左右，使用寿命长达数万小时，连续供电可达数千小时，并具有工作时噪声低．无污染的优点。燃料电池的缺点是采用铂．钯等作催化剂，成本高，电池的辅助系统复杂。燃料电池的高比能量和连续工作等特性，已在很多领域受到重视。氢氧型燃料电池已经在潜艇和小型潜器上进行应用试验。质子交换膜型氢氧燃料电池已在国外潜艇上应用。
燃料电池是一种将贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的装置。用这种装置供电给推进电动机，将获得最高的从燃料到推进螺旋桨的效率，任何热机都不能与其相比，所以从上世纪60年代起，美国、法国、瑞典等国家就对燃料电池进行了研究。美国1963年已经进行了一艘用氢氧燃料电池作动力源的小型潜艇的设计。该艇燃料电池重约150t，贮能量约 38000kW·h，供给600kW的推进电动机。除此之外，法国、日本、德国、瑞典也都进行了燃料电池用于实船的试验研究。
燃料电池有多种形式，目前用得最多的是碱性水溶液型氢一氧燃料电池。但是，这种燃料电池的燃料氢的制取、氧的贮存均无廉价的方法，所以这种电力推进仍处于研究试验阶段。
目前，300 kW级的船用燃料电池原型正在开发中。燃料电池所面临的问题在于成本、重量和大小、使用寿命、载荷变动时的联动性等。到2020年如能克服这些困难，燃料电池或可将实用化。
燃料电池分类
燃料电池按运行机理不同，可分为酸性燃料电池和碱性燃料电池。
按电解质的种类不同，可分为质子交换膜燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池等。
按其工作温度不同，一般可分为低温燃料电池、中温燃料电池、高温燃料电池。
按燃料类型不同，又可以分为氢燃料电池、甲烷燃料电池、甲醇燃料电池、乙烷燃料电池、乙醇燃料电池等。
燃料电池工作原理
燃料电池的种类很多，我们以目前应用最为广泛的质子交换膜氢燃料电池为例。质子交换膜氢燃料电池的电解质通常为全氟磺酸型固体聚合物，质子交换膜只允许质子通过而不允许电子通过。其催化剂一般以贵金属铂和铂碳颗粒为主，催化剂用来加速电极上发生的电化学反应。
质子交换膜氢燃料电池将氢气与氧气进行电化学反应，阳极（负极）是氢电极，阴极为氧电极（正极）。其工作原理如下图：
燃料电池工作原理这样，因为电子在外部电路的流动而形成电流，所以只要源源不断向氢燃料电池阳极和阴极分别供给氢气和氧气，就可以向外部电路连续输出电能。
燃料电池的优点
1. 清洁、污染少
用氢气作为燃料的燃料电池主要生成物质为水，属于“零污染”。用碳氢化合物（甲烷、甲醇、乙烷、乙醇等）作为燃料的燃料电池主要生成物质为水、二氧化碳等，属于“超低污染”。
2. 安静无噪声
由于燃料电池结构简单、没有运动部件，所以最高噪声大约只有55分贝。
3. 能量转化效率高
理论上，燃料电池的发电效率可达到85%～90%，但由于工作时各种极化的限制，目前燃料电池的能量转化效率约为40%～60%。若实现热电联供，燃料的总利用率可高达80%以上。
燃料电池的缺点
1 . 燃料安全性较差
使用的燃料易燃易爆，特别是氢气，它的爆炸极限极宽，氢气在空气中的体积浓度在4.0%～75.6%之间时，遇到火源就会发生爆炸。
2. 燃料不便于运输和储存
使用的燃料要安全运输和储存并不容易，特别是氢气，它分子体积非常小，具有极强的渗透性，容易从储存容器和管路泄露出去。
3.造价昂贵
由于没有大规模产业化生产，电堆关键材料及核心组件（例如催化剂、极板、质子交换膜等）价格昂贵，致使燃料电池造价较高，远远超过同功率内燃机的价格。
4.动态响应较慢且输出电压特性偏软
燃料电池动态响应较慢且输出电压特性偏软，在一些应用场景中需与其它类型电源配合使用。
燃料电池在船舶上的应用前景
从21世纪初开始，美国、德国、挪威、日本建造的燃料电池渡轮、游船、工程船、渔船已先后投入示范营运。
在我国，虽已有小型燃料电池船舶研制成功，但没有燃料电池船舶真正投入营运，主要原因如下：
第一，尚没有船舶法规和规范允许燃料电池在船舶上使用；
第二，燃料电池要在船舶上应用，需要燃料电池、燃料供给、氧化剂供给、水热管理和电能管理控制等多套子系统协同工作，多系统在船舶上协同工作技术尚不成熟完善；
第三，目前燃料电池价格偏高且普遍寿命不长，与船用柴油机尚有较大差距；
第四，由于船舶所处环境，盐雾、潮湿空气、油雾、霉菌、倾斜、摇摆、船舶振动等因素可能造成燃料电池的损伤，降低其可靠性和有效寿命，严重时可能造成燃料泄漏及非正常化学反应导致燃烧甚至爆炸事故；
第五，目前码头尚无专用燃料电池船舶的燃料加注站。
虽然燃料电池在船舶应用尚存在很多问题，但船舶行业实行绿色环保、节能减排已是大势所趋。
