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燃料电池汽车(FCV)是一种用车载燃料电池装置产生的电力作为动力的汽车。车载燃料电池装置所使用的燃料为高纯度氢气或含氢燃料经重整所得到的高含氢重整气。与通常的电动汽车比较，其动力方面的不同在于FCV用的电力来自车载燃料电池装置，电动汽车所用的电力来自由电网充电的蓄电池。因此，FCV的关键是燃料电池。

燃料电池是一种不燃烧燃料而直接以电化学反应方式将燃料的化学能转变为电能的高效发电装置。发电的基本原理是:电池的阳极(燃料极)输入氢气(燃料)，氢分子(H2)在阳极催化剂作用下被离解成为氢离子(H+)和电子(e-)，H+穿过燃料电池的电解质层向阴极(氧化极)方向运动，e-因通不过电解质层而由一个外部电路流向阴极;在电池阴极输入氧气(O2)，氧气在阴极催化剂作用下离解成为氧原子(O)，与通过外部电路流向阴极的e-和燃料穿过电解质的H+结合生成稳定结构的水(H2O)，完成电化学反应放出热量。这种电化学反应与氢气在氧气中发生的剧烈燃烧反应是完全不同的，只要阳极不断输入氢气，阴极不断输入氧气，电化学反应就会连续不断地进行下去，e-就会不断通过外部电路流动形成电流，从而连续不断地向汽车提供电力。与传统的导电体切割磁力线的回转机械发电原理也完全不同，这种电化学反应属于一种没有物体运动就获得电力的静态发电方式。因而，燃料电池具有效率高、噪音低、无污染物排出等优点，这确保了FCV成为真正意义上的高效、清洁汽车。

为满足汽车的使用要求，车用燃料电池还必须具有高比能量、低工作温度、起动快、无泄漏等特性，在众多类型的燃料电池中，质子交换膜燃料电池(PEMFC)完全具备这些特性，所以FCV所使用的燃料电池都是PEMFC。