燃料電池是將燃料直接轉化為電能的電化學裝置。燃料電池有陰極、陽極和電解質三個組件，但不同種類的燃料電池所用的材料、燃料、操作條件和適用范圍也不同。在此，參照美國能源部公布的資料，對不同種類的燃料電池進行歸納比較。

以高聚物薄膜電解質燃料電池和固體氧化物燃料電池為例。前者擁有操作溫度低、啟動快、體積小、無污染、高能量密度和高功率密度等優勢，被視為車載燃料電池的首選；但其存在的缺陷是造價高、催化劑容易失活等。后者具有催化劑抗毒性較強的優點，可以直接使用天然氣做燃料，并且尾氣的溫度高，可用作高品質熱源；但其啟動慢，適合連續操作，不可經常開停。

燃料電池的研究已有半個世紀以上的歷史。上世紀60年代中期，美國宇航局在阿波羅登月計劃中就采用了堿性燃料電池供電。到上世紀90年代后期，由于汽油價格上漲，燃料電池的研究又一次興起，相關的專利申請隨即大幅上升。

燃料電池專利可大至分為材料和工程設計兩大部分，涉及電池的每個部件。以高聚物薄膜電解質燃料電池為例，許多專利針對高分子薄膜、陰極和陽極催化劑、電極板等部件所使用的材料。例如，有些發明改進高分子薄膜以提高其操作溫度、降低價格。燃料電池的陰極催化劑含貴金屬，價格高也容易失活。有許多發明專利針對催化劑的新配方，或催化劑的分布技術；還有些專利針對燃料電池內部結構的設計，其最終目的是要達到氣體、濕度和溫度的均勻分布。此外，由于固體氧化物燃料電池的操作溫度高，電池組的密封是一大技術難題，因而有許多專利專門針對密封材料和密封結構。

燃料電池的種類繁多，用途各異，面臨的技術問題也不同。從國際專利申請（PCT專利申請）的分布上，可以看出該領域主要的競爭者。截止到2010年3月，國際知識產權組織（WIPO）的數據庫中共有近9000件公布的專利申請。申請持有量前10名的公司分別是豐田汽車公司（Toyota）、尼桑汽車公司（Nissan）、松下電器（Panasonic Corporation）、西門子（Simens）、巴拉德動力系統公司(Ballard Power Systems)、戴姆勒股份公司（Daimler AG）、德國科研中心(Forschungszentrum Jülich)、東芝株式會社（Toshiba）、通用汽車公司（General Motor）、UTC技術（UTC Technologies）。其中豐田汽車公司的申請持有量近800件，而位居第二的尼桑汽車公司則只有200多個申請。此外，本田汽車公司有100多件PCT專利申請，躋身前15名。

總體而言，日本企業的燃料電池PCT申請達3100多件，美國持有2500多件，隨后是德國、加拿大、英國、法國和韓國；從行業分布上看，汽車行業燃料電池的申請量最大，電器行業其次。

據不完全統計，美國專利局獲準的燃料電池專利有8000件左右，日本企業持有其中的1/4，美國企業占其中的1/6。我國的燃料電池研究起步較晚，PCT專利申請和美國專利的數量都不大。隨著我國燃料電池研究投入和專利意識的增強，燃料電池專利的數量和質量都有望增加。