燃料電池，是近20年各國AIP潛艇項目中熱衷研究采用的新型能源。

        德國最早開發的潛艇燃料電池系統，選擇直接儲存氫的方式，也開發了使用甲醇燃料的燃料電池。其他企業，例如加拿大貝拉德動力系統公司(BallardPowerSystem，BPS)為加國海軍購自英國的維多利亞級柴電潛艇，開發了特種燃料電池，以柴油進行甲醇化合作用，來獲得氫氣。

 

        燃料電池是以氫氣、氧氣進行電化學反應(又稱冷燃燒，ColdCombustion)，由陽極（Anode）、陰極（Cathode）、電極外的觸媒層、電解質（Electrolyte）、分配燃的流場板（Gasdistributor）以及電收集器（CurrentCollector）組成。運轉時時，燃料電池系統向陰極供應燃料（氫），向陽極供應氧化劑（氧氣）。在陰極上，氫分解成氫離子和電子，氫離子進入電解液中，而電子則沿外部電路移向陽極。在陽極上，氧與電解液中的氫離子以及抵達陽極的電子結合，這正是水的電解反應的逆過程。電化反應進行時，陰極移往陽極的電子提供船艦所需的電能，驅動潛艇電動機，進而推進潛艇進行航行。產生的水或其他氣體產物則予以排出。

 

       燃料電池就像內燃機一般，只要補充燃料（提供氫）與氧化劑就能不斷地運作，而傳統蓄電池耗盡后則需進行逆反應，也就是充電。相比傳統硫酸電池，燃料電池在電池耗盡前電位差都不會改變。傳統硫酸鉛蓄電池運作時因為電解質濃度不斷下降，提供的電壓遂不斷降低。因為在潛艇上不便更換電解質，傳統電池在潛艇上有著很大的缺點。

 

        燃料電池的燃料──氫的來源可為直接儲存（包含液態儲存或金屬儲氫）、來自其他化學物質（如甲醇、乙醇溶液）經由重整來取得氫等等。有一種獲得氫氣的選擇是透過柴油化合獲得，理論上能讓潛艇的燃料單純化，因為與潛艇柴油主機共用燃料，不過實際上一般柴油的純度無法滿足重整獲得足夠氫氣的需求，仍需要特制的高品質柴油。
 

         依照電解質種類，現階段燃料電池可分為可分為質子交換膜燃料電池（Pro噸ExchangeMembraneFuelCell，PEMFC）、鹼性燃料電池（AlkalineFuelCell，AFC）、磷酸燃料電池（PhosphoricAcidFuelCell,PAFC）等低溫燃料電池，操作溫度介于攝氏80至200度；此外，還有能用空氣當作氧化劑、用天然氣或甲烷當作燃料的熔融碳酸鹽燃料電池（MoltenCarbonateFuelCell,MCFC）與固態氧化物燃料電池（SolidOxideFuelCell，SOFC），這屬于高溫燃料電池，工作溫度在攝氏500至1000度，固態氧化物燃料電池不需要觸媒。
 

        質子交換膜燃料電池是潛艇大國在考慮的一種新科技。它在陰、陽極之間使用一種質子傳導膜當作電解質，負責傳導陰陽兩極之間的帶電離子，并隔離兩極的反應物。因此，質子交換膜不僅負責傳輸氫離子，還必須降低其他中性氣體的滲透率，阻止陰陽兩極產生的氣體交流反應，進而危害整個電池系統，這在潛艇上極為重要。
 

       質子交換膜由多孔性的固態高分子所構成，其本身并不導電，不過必須是離子的良導體，必須同時具有高的離子導電性、良好的尺寸安定性、高耐熱性、長期電化反應下的穩定性、低電滲透牽引力（ElectricosmosisDrag），并能與觸媒使用的結合劑相容。

對于潛艇應用來說，質子交換膜燃料電池具有體積小、重量較輕、運作時溫度與腐蝕性低（易于選擇制作材料）、能在室溫下工作、壽命長、啟動迅速、功率易于調整等特性，成為燃料電池發展的主流。