氢燃料电池是使用氢这种化学元素，制造成储存能量的电池。其基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极。
和普通电池一样，燃料电池由阳极、阴极和电解质组成。大部分燃料电池汽车使用聚合物交换膜燃料电池(PEMFC)。氢燃料电池的基本工作原理是将氢气送到燃料电池的阳极板(负极)，经过催化剂——铂的作用，氢原子中的一个电子被分离出来，失去电子的氢离子(质子)穿过质子交换膜，到达燃料电池阴极板(正极)，与氧原子和氢离子重新结合为水，如图所示。
由于供应给阴极板的氧，是从空气中获得的，因此只要不断地给阳极板供应氢，给阴极板供应空气，并及时把水(蒸气)带走，就可以不断地提供电能。由于氢燃料电池不储能，确切地讲应该称为氢发电装置。
氢燃料电池与其他电池的区别
干电池、蓄电池是一种储能装置，是把电能贮存起来，需要时再释放出来；而氢燃料电池严格地说是一种发电装置，像发电厂一样，是把化学能直接转化为电能的电化学发电装置。另外，氢燃料电池的电极用特制多孔性材料制成，这是氢燃料电池的一项关键技术，它不仅要为气体和电解质提供较大的接触面，还要对电池的化学反应起催化作用。
丰田汽车公司已推出氢燃料电池汽车，并将在2015年上半年上市。2014年1月6日知名汽车厂商日本丰田宣布，面向其他厂商无偿提供 5，680 项燃料电池相关的技术专利授权，包括燃料电池、储氢罐、电池控制系统等方面的技术专利，丰田此举是为推动以氢为主要燃料的电动车推广和普及。氢燃料电池技术是未来改变人类生活的十大新技术之一，将成为解决石油危机的新途径。
燃料电池汽车
其实氢燃料电池已不是什么全新的技术，20世纪60年代，氢燃料电池就已经成功地应用于航天领域。往返于太空和地球之间的“阿波罗”飞船就安装了这种体积小、容量大的装置。
进入70年代以后，随着人们不断地掌握多种先进的制氢技术，很快，氢燃料电池就被运用于发电和汽车。波音公司于2008年4月3日成功试飞氢燃料电池为动力源的一架小型飞机。
全球范围内已经掀起诸多关于氢燃料电池汽车和电动汽车孰是孰非的热议，国内舆论也不乏对中国以纯电驱动为新能源汽车战略取向的质疑。
氢燃料电池汽车是终极环保汽车。氢燃料电池汽车零排放，且一次加氢续驶里程长，加氢时间短，相当于汽油车，一直以来被作为新能源汽车技术路线之一。
