یکی از موارد مهمی که بشر از ابتدا به عنوان یک چالش اساسی با آن مواجه بوده است یافتن روشهای نوین و پر بـازده تبـدیل انـرژی سـوختها بـه انـرژی قابل استفاده بوده است شاید بتوان اولین تجربه انسان در این راه را سـاخت ماشینهای اولیه بخار دانست این ماشینها دارای راندمان بسیار پـایین بودنـد .
بعد از اختراع موتورهای احتراق داخلی توسط اتو این رانـدمان نسـبتا بهبـود یافت و به مرز 7 % در موتورهای اولیه رسید بـا پیشـرفت علـم ترمودینامیـک سیکلهای احتراقی بهتری پا به عرصه گذاشتند هر چند برخی از آنها یـا قابـل اجرا نبودند یا با مشکلات ساخت و تجهیزات پیچیده مواجـه بودنـد .
بهتـرین سیکل حرارتی کاربردی کـه تـا کنـون مـورد اسـتفاده بشـر قـرار گرفتـه اسـتسیکل ترکیبـی برایتـون – رانکـین مـی باشـد در کـه نیروگاههـای حرارتـی تولید برق مورد اسـتفاده قـرار گرفتـه اسـت و بـازده آن قریـب بـه 45 % مـی باشد.
اما امروزه بشر به فن آوری جالب پیل سوختی به عنوان جانشین بسـیار مناسب برای موتورهای احتراق داخلی ا می ندیشـد از آنجاییکـه ایـن وسـیله از ســیکل کــارنو تبعیــت نمــی کنــد و بصــورت مســتقیم و بواســطه فرآینــد الکتروشیمیایی ، انـرژی شـیمیایی سـوخت را بـه انـرژی الکتریکـی تبـدیل مـی نماید مـی تـوان بسـته بـه نـوع سـوخت رانـدمانی بـین 80 % بـرای سـوخت هیدروژن خالص و 30 % برای گاز متان داشته باشد .
امروزه پیل سوختی به یک رقیب مناسب برای توربینهـای گـاز در نیروگاههـا ، موتورهای احتراق داخلی در خودروها و باطریها در کامپیوترهای کیفی تبـدیل شده است جریان مستقیم تولید شده توسط پیل سوختی را مـی تـوان بـرای کاربردهـای الکتریکـی بـویژه بکارانــداختن موتورهـای الکتریکـی و روشـنایی استفاده نمود .
یکی از شیوه های اساسی که تکنولـوژی آن در دهـه اخیـر بـه سـرعت توسـعه یافته است استفاده از پیلهـای سـوختی جهـت تـأمین همزمـان الکتریسـیته و حرارت به روش الکتروشیمیایی مـی باشـد در ایـن روش کـه بـه عبـارتی مـی توان آن را عمل الکترولیز معکوس قلمداد کرد انـرژی شـیمیایی ذخیـره شـده در سوختهای فسیلی بدون احتراق اسـتخراج مـی گـردد ایـن سیسـتمها در مقایسه با سایر روشها از کارائی زیادی برخوردار بوده و آلودگی بسـیار کمـی تولید می کند.
با توجه به اینکه پیلهای سوختی بصورت شیمیایی برق تولید می کنند خیلی بهتـر از احتـراق خواهنـد بـود آنهـا محـدودیت قـوانین ترمـود ینامیک را که واحدهای تولیـد قـدرت مرسـوم دارنـد ندارنـد بنـابراین پیلهـای سوختی بازده بسیار بیشـتری در تولیـد انـرژی از یـک سـوخت خواهنـد داشـت همچنین با افزایش هر چه بیشـتر بـازدهی سیسـتم مـی تـوان اتـلاف گرمـا از بعضی سلولها را مهار کرد . همانطور که می دانیم در اتومبیل ها وسـایل زیـادی نظیـر کـولر، گـرم کـن، رادیو و … با نیروی مکانیکی تولید شده و یا با باتری داخـل اتومبیـل تغذیـه می شوند.
بنابراین اگر در هنگام حرکت از این وسایل استفاده شـود مقـداری از نیروی موتور صرف تغذیه ی این وسـایل مـی شـود . و مـی تـوان گفـت کـه استفاده از این وسایل تقریبا مداوم و بی وقفـه اسـت . یکـی از اولـین کـاربرد های پیل های سوختی مـذکور تـامین انـرژی لازم بـرای وسـایلی نظیـر کـولر ، بخـاری ، رادیـو و … در اتومبیـل هـای سـنگین اسـت.
در حـالتی کـه اینگونـه اتومبیل ها در جا کار نمی کنند بلکه در حال حرکت هسـتند . زیـرا اگـر انـرژی لازم برای این وسایل در حالت درجا کار کردن از موتـور گرفتـه شـود مشـکلی به وجود نمی آید. امـا اگـر اتومبیـل در حـال حرکـت باشـد مقـداری از نیـروی موتور به جای اینکه صرف جلو بردن اتومبیل شود صرف به کار انداختن ایـن وسایل می شود .
پیل سوختی
پیل سوختی واحدی است که بوسیله واکنش شیمیایی برق تولید می کند هر پیل سوختی دو عدد الکترود دارد که یکی مثبت و دیگری منفـی میباشـد کـه بطور عام کاتد و آند نامیده می شوند واکنشهایی که تولید الکتریسـیته مـی کنند در الکترودها اتفاق می افتد . همچنین هر پیل سوختی یک الکترولیت دارد که ذرات دارای بار الکتریکـی رااز یک الکترود به الکترود دیگر منتقل می کند و یک کاتالیست که انجام واکنش در الکترودها را تسریع می کند .
هیدروژن سوخت اصلی است ولی پیلهای سوختی به اکسیژن نیـز نیـاز دارنـد یکی از مزیتهـای بـزرگ پیلهـای سـوختی تولیـد الکتریسـیته بـا ایجـاد حـداقل آلودگی میباشد بیشـتر اکسـیژن و هیـدروژنی کـه در تولیـد الکتریسـیته بکـار میرود در نهایت با ترکیب شدن با یکدیگر تولید آب می کنند .
1 یک پیل سوختی ساده تولید مقدار کوچکی از جریان برق ( DC ) می کنـد در 2 عمل بسیاری از پیلهای سوختی بصورت یک سری سوار می شوند . پیلهای سوختی بر چند گونه اند که هـر کـدام دارای فرآینـد شـیمیایی خـاص خود می باشند پیلهای سوختی بسته به نوع الکترولیت آنها دسته بندی مـی گردند که هر کدام از آنها برای کاربرد خاصی مناسب می باشد .
پیل سوختی در واقع یک وسیله الکتروشیمیایی است کـه بطـور مـداوم انـرژی شیمیایی یک سوخت را بـه انـرژی الکتریکـی تبـدیل مـی کنـد ( اکسیداسـیون سوخت ) یک پیل سوختی، سوخت و اکسید کننده را در الکترودهـای جداگانـه دریافـت کـرده و انـرژی شـیمیایی اضـافی را بـه جریـان الکتریسـیته مسـتقیم تبدیل می نماید پیلهای سوختی سریع و تمییز بـوده و محصـول جـانبی آنهـا آب دی اکسید کربن و گاهی نیتروژن می باشد.
در باتری ها الکترود ها در طول شارژ یا دشارژ دچار تغییر شیمیایی می شوند. امـا در پیـل سـوختی از آنجـا کـه الکتـرود هـا کاتـالیزور هسـتند دچـ ار تغییـر شیمیایی نمی شوند 
سازه و بدنه اصـلی پیـل سـوختی از الکترولیـت ، الکتـرود آنـد و الکتـرود کاتـدتشکیل شده است. نمـای کلـی یـک پیـل سـوختی بـه همـراه گازهـای واکـنش دهنده و تولید شده و مسیر حرکت یونها در شکل زیر ارائه شده است
پیل سوختی یک دستگاه تبدیل انرژی است که به لحاظ نظـری تـا زمـانی کـه ماده اکسید کننـده و سـوخت در الکترودهـای آن تـأمین شـود قابلیـت تولیـد انرژی الکتریکی را دارد. البته در عمـل ا سـتهلاک، خـوردگی و بـد عمـل کـردن اجزای تشکیل دهنده، طول عمر پیل سوختی را کاهش میدهد
