燃料电池的强大基因有好几个，有的实在燃料电池诞生的时候就具备了，有的是后来科学家们给它进行深入改造得到的。其中最强大的基因当属它的高效率起源，能够实现把氢气、乙醇、木炭、天然气、甚至煤碳等燃料的化学能直接转化为电能，理论的效率可以达到100%，甚至某些情况下大于100%，具有划时代的意义。

当Grove先生最初提出燃料电池的时候，就是想把氢气和氧气直接变成水，同时产生电能。那个年代是电化学突飞猛进的年代，各种新的电化学现象被发现，又过了几十年，各种新的电化学理论也被严密的确立了，电化学的大厦建立了，燃料电池作为这个大厦中的一个美丽的房间，也确立了下来。

不得不说，19世纪到20世纪是人类科学技术取得巨大进步的时代，这个时代让我们对化学的认识前所未有的深入了，当然也包括化学能的认识。简单来说，化学能就是电子在物质中的传递过程中所释放出的能量。具体来说，就是氢气里面的电子转移到氧气中的时候就会释放出化学能。

这是一种伟大的能量，是我们人类文明持续发展的力量源泉。在远古时候，人类发明了火。火是什么呢？就是木柴在空气中燃烧产生的，通过把木柴中的电子直接而大量的转移给空气中的氧气，就会产生我们所见到的火。包括打火机、汽油、燃气灶等等，都是化学能释放的过程，本质上就是电子猛烈转移的过程。一直到现在的火力发电、内燃机、火箭等都还在利用化学能。

但是在几千年甚至几十万年中，人类利用化学能的唯一方法就是火。到了近代，人们又深刻认识到，火其实是一种热能，而化学能很容易转化成热能。后来，发现热能是比较容易可以通过蒸汽机、内燃机、蒸汽轮机等设备转化成动力，也可以用来发电了。但是，后来又发现，热能就是个不折不扣的中间商、收费站，能量到了他那边总是要扣下大部分，只有少部分转化成动力。所以目前的内燃机效率很多时候只有20%左右，甚至更低。大家肯定就不乐意了，总是质问热能老兄，你凭什么扣除那么多能量。就像我们让一个快递带100块钱给另外一个朋友，我们明明给了他100块钱，让他转交一下就变成20了，他自己（热能）扣下80块，这叫谁都接受不了啊。但是‘热能’这个快递还很有理，说：“有本事你让别人快递啊！没我你们还快不到呢，这条线只有我一个人跑，你们必须都来找我。”的确啊，自古以来，都是靠这个“热能”快递在帮忙，虽然收费高，但是一直不辞辛苦，也很可靠，跑了几十万年了。

一直到有一天，燃料电池出现了，可以不再需要快递了，只要支付宝、微信转个帐就行了。燃料电池就是这么神奇！说了这么多，终于进入正题了。让我们来解密燃料电池的强大基因。

还记得前面说过的，化学能的本质就是电子的转移过程中释放出的能量吗？以前都是通过燃烧，而燃烧是氢气中的电子的直接转移到氧气中，所以只会释放出热能。而燃料电池是把燃料（比如氢气）中的电子先拿出来，通过电线接出来直接变成电能，把电子的能量释放掉之后，再让这个电子跟氧气结合。这样，就完成了化学能直接变成电能，并加以利用的过程，非常的干净利落，非常的直接，非常的高效，也就没有人从中收取高昂的快递费了。所以，燃料电池的效率非常高，理论上可以达到100%，甚至超过100%（主要是在固体氧化物燃料电池中，有兴趣的朋友可以了解一下，理论上可以从熵、焓、自由能的角度分析，大学里会学到这些深奥的热力学知识）。一般来说，燃料电池的实际效率可以达到60%，相对于内燃机的20%左右的效率，要高了很多啊。实际的燃料电池效率达不到100%不能怪燃料电池原理，而是电池材料并不完美、操作条件并不理想等问题造成的。

那么燃料电池到底是怎么发电的呢？她的基因就是怎么样的？那么我们就通过一张图来说明一下，如图所示。这张图看上去很复杂，但是实际上已经比真正的基因图简单100倍。其实这个图是一个男孩米奇跟女孩米妮交朋友的故事图，只要听懂这个故事，你就能理解燃料电池的基因了。

故事是这样的，先看最左边的“起点”，男孩米奇想要跟女孩米妮分享一个苹果，但是米奇是在一个100层的大楼上，如果把苹果从楼上扔下来，那么米妮的篮子非砸坏了不可，而且苹果也会碎掉，甚至还会砸到米妮小朋友。那么怎么办呢？燃料电池老兄就给米奇帮了个大忙，他跟米奇说：“你把苹果给我，我帮你用绳子送下去，同时苹果在下去的可以帮我发电。而你米奇呢，我是没法用绳子送你的，太危险，你就走楼梯吧！”。米奇觉得这个主意不错，于是在白金催化剂的帮助下把苹果给了燃料电池老兄，米奇自己从楼梯下楼了。当他下了楼以后，发现苹果也正好被燃料电池老兄送了下来，并且直接装到了米妮的篮子里面。最后，米妮特别开心，跟米妮一起去玩了。

图中已经表明了米奇他们跟实际的燃料电池的对应关系。这里从科学上来说，氢气分子在燃料电池的催化剂上分解成电子和氢离子（也叫质子），然后他们走了两条不同的路径，电子被直接通到燃料电池外面的电路，形成电能，被我们的电灯、手机、汽车、玩具所利用；而氢离子则通过质子交换膜传递到了氧气的一侧；最终，氢离子、电子和氧气在阴极催化剂上复合，形成了水。这个过程中，氢气和氧气的化学能通过电子的流动形成电能，直接被我们所使用。所以我们可以看出，燃料电池能够以最直接的方式，把燃料的化学能转变为电能，为我们所用。这就是燃料电池最强大的根本基因所在。

虽然经历了180年，燃料电池的这一强大基因一直保持着，而且从来没有被超越过！

那么，既然燃料电池老兄这么厉害，为什么180年了还没有被大家广泛使用呢？什么时候我们才能用上呢？想知道答案，那就接着看后面几篇吧！

图 ( 2 ) 燃料电池原理的示意图。