隨著人民生活水平的提高，越來越多的家庭正在購買或者準(zhǔn)備購買家庭轎車來滿足大家對(duì)舒適出行和便捷出行的需求。然而，令大家惱火的是，汽油的價(jià)格一再飆升，甚至到了令人難以接受的地步。此外，汽車的日益增加也引發(fā)了一系列嚴(yán)重的環(huán)境問題。汽車中的汽油燃燒不完全會(huì)導(dǎo)致碳煙小顆粒的排放，這些碳煙小顆粒導(dǎo)致的就是令人聞之色變的霧霾。汽油燃燒還會(huì)產(chǎn)生一氧化氮、一氧化碳、二氧化硫等對(duì)人類和環(huán)境有嚴(yán)重危害的氣體，會(huì)引發(fā)光化學(xué)煙霧、酸雨等問題。此外，燃燒會(huì)產(chǎn)生的大量二氧化碳會(huì)導(dǎo)致全球溫度上升，甚至?xí)o整個(gè)地球帶來滅頂之災(zāi)。

因此，科學(xué)家們也一直在尋找一種清潔高效的可持續(xù)能源來替代汽油。其中，燃料電池成為最具有開發(fā)前景的能源之一。燃料電池是一種電化學(xué)裝置，其示意圖如圖一所示。它主要由質(zhì)子交換膜、陰極陽極催化層以及陰極陽極氣體擴(kuò)散層五部分構(gòu)成。當(dāng)它工作時(shí)，燃料（氫氣）進(jìn)入陽極擴(kuò)散層，并在陽極催化劑的作用下轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子；氧氣進(jìn)入陰極擴(kuò)散層，并在陰極催化劑的作用下得到電子轉(zhuǎn)變?yōu)镺2-離子；質(zhì)子通過質(zhì)子交換膜到達(dá)陰極與O2-作用形成水；電子則通過外電路會(huì)到陰極，并在這個(gè)過程中為人類提供電能。在整個(gè)過程中，氫氣與氧氣不經(jīng)過燃燒直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，因此燃料電池的效率不受卡諾循環(huán)的限制。燃料電池的效率可以高達(dá)70%，而普通內(nèi)燃機(jī)的效率一般在30%-40%。通過燃料電池的工作過程我們還可以發(fā)現(xiàn)，在整個(gè)工作過程中除了水之外，沒有其它物質(zhì)產(chǎn)生。也就是說，燃料電池不會(huì)產(chǎn)生任何對(duì)環(huán)境有害的物質(zhì)。因此我們可以講，燃料電池是一種既清潔又高效的能源裝置。

與蓄電池相比，燃料電池的優(yōu)點(diǎn)是在于能夠在復(fù)雜環(huán)境下持續(xù)穩(wěn)定的工作，并且具有良好的可靠性。與汽油柴油發(fā)動(dòng)機(jī)相比，燃料電池的優(yōu)點(diǎn)是噪聲小、不排毒。此外，燃料電池還具有運(yùn)動(dòng)部件少、維修工作量小，更有利于遠(yuǎn)程控制、減少維修時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)。

質(zhì)子交換膜燃料電池具有以上諸多優(yōu)點(diǎn)，非常適合用在汽車上。純電動(dòng)汽車一直沒有推廣開來的一個(gè)重要原因是其蓄電池需要長(zhǎng)時(shí)間充電而續(xù)航里程較短。燃料電池在很大程度上解決了這一問題。燃料電池汽車只需要數(shù)分鐘時(shí)間即可加滿，而續(xù)航里程可以達(dá)到數(shù)百公里。從技術(shù)上說，燃料電池汽車在充氣速度、續(xù)航里程和車速等諸多方面已經(jīng)完全可以替代當(dāng)前廣泛使用的內(nèi)燃機(jī)汽車。而且，燃料電池汽車不會(huì)排放溫室氣體和有毒廢物，非常有利于減少霧霾的發(fā)生。

15年——2016年陸續(xù)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。其中，日本豐田公司最近正式向外界透露將在2015年量產(chǎn)燃料電池車型，新車的命名和生產(chǎn)規(guī)模將在今年底對(duì)外公布。目前，豐田的燃料電池原型車已經(jīng)在北美進(jìn)行了超過1年的路試，其0-60加速在10秒左右，一次注滿氫燃料后可連續(xù)行駛700公里。雖然續(xù)航距離與特斯拉ModelS基本相同，但氫燃料的加注時(shí)間僅有3-5分鐘，與現(xiàn)在的汽油車持平，大大降低了車主的能源補(bǔ)給等待時(shí)間。

很多汽車廠商都將即將到來的2015年視作燃料電池汽車的市場(chǎng)化元年，計(jì)劃各自生產(chǎn)1000輛左右的燃料電池汽車。他們還將2020年看做市場(chǎng)啟動(dòng)年，屆時(shí)將會(huì)大規(guī)模生產(chǎn)氫燃料電池汽車。美國曾經(jīng)在2008年作出預(yù)測(cè)，到2030年，如果發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，將有80%的內(nèi)燃機(jī)汽車被燃料電池汽車取代，即使發(fā)展不夠如意，也將有20%的被替代。