燃料电池，是近20年各国AIP潜艇项目中热衷研究采用的新型能源。

        德国最早开发的潜艇燃料电池系统，选择直接储存氢的方式，也开发了使用甲醇燃料的燃料电池。其他企业，例如加拿大贝拉德动力系统公司(BallardPowerSystem，BPS)为加国海军购自英国的维多利亚级柴电潜艇，开发了特种燃料电池，以柴油进行甲醇化合作用，来获得氢气。

 

        燃料电池是以氢气、氧气进行电化学反应(又称冷燃烧，ColdCombustion)，由阳极（Anode）、阴极（Cathode）、电极外的触媒层、电解质（Electrolyte）、分配燃的流场板（Gasdistributor）以及电收集器（CurrentCollector）组成。运转时时，燃料电池系统向阴极供应燃料（氢），向阳极供应氧化剂（氧气）。在阴极上，氢分解成氢离子和电子，氢离子进入电解液中，而电子则沿外部电路移向阳极。在阳极上，氧与电解液中的氢离子以及抵达阳极的电子结合，这正是水的电解反应的逆过程。电化反应进行时，阴极移往阳极的电子提供船舰所需的电能，驱动潜艇电动机，进而推进潜艇进行航行。产生的水或其他气体产物则予以排出。

 

       燃料电池就像内燃机一般，只要补充燃料（提供氢）与氧化剂就能不断地运作，而传统蓄电池耗尽后则需进行逆反应，也就是充电。相比传统硫酸电池，燃料电池在电池耗尽前电位差都不会改变。传统硫酸铅蓄电池运作时因为电解质浓度不断下降，提供的电压遂不断降低。因为在潜艇上不便更换电解质，传统电池在潜艇上有着很大的缺点。

 

        燃料电池的燃料──氢的来源可为直接储存（包含液态储存或金属储氢）、来自其他化学物质（如甲醇、乙醇溶液）经由重整来取得氢等等。有一种获得氢气的选择是透过柴油化合获得，理论上能让潜艇的燃料单纯化，因为与潜艇柴油主机共用燃料，不过实际上一般柴油的纯度无法满足重整获得足够氢气的需求，仍需要特制的高品质柴油。
 

         依照电解质种类，现阶段燃料电池可分为可分为质子交换膜燃料电池（Pro吨ExchangeMembraneFuelCell，PEMFC）、硷性燃料电池（AlkalineFuelCell，AFC）、磷酸燃料电池（PhosphoricAcidFuelCell,PAFC）等低温燃料电池，操作温度介于摄氏80至200度；此外，还有能用空气当作氧化剂、用天然气或甲烷当作燃料的熔融碳酸盐燃料电池（MoltenCarbonateFuelCell,MCFC）与固态氧化物燃料电池（SolidOxideFuelCell，SOFC），这属于高温燃料电池，工作温度在摄氏500至1000度，固态氧化物燃料电池不需要触媒。
 

        质子交换膜燃料电池是潜艇大国在考虑的一种新科技。它在阴、阳极之间使用一种质子传导膜当作电解质，负责传导阴阳两极之间的带电离子，并隔离两极的反应物。因此，质子交换膜不仅负责传输氢离子，还必须降低其他中性气体的渗透率，阻止阴阳两极产生的气体交流反应，进而危害整个电池系统，这在潜艇上极为重要。
 

       质子交换膜由多孔性的固态高分子所构成，其本身并不导电，不过必须是离子的良导体，必须同时具有高的离子导电性、良好的尺寸安定性、高耐热性、长期电化反应下的稳定性、低电渗透牵引力（ElectricosmosisDrag），并能与触媒使用的结合剂相容。

对于潜艇应用来说，质子交换膜燃料电池具有体积小、重量较轻、运作时温度与腐蚀性低（易于选择制作材料）、能在室温下工作、寿命长、启动迅速、功率易于调整等特性，成为燃料电池发展的主流。