熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)是在600°C及以上溫度下運行的高溫燃料電池。熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)開發用于天然氣、沼氣（由厭氧消化或生物質氣化產生）和用于電力、工業和軍事應用的煤基發電廠。MCFC是高溫燃料電池，其電解質由懸浮在多孔、化學惰性的β-氧化鋁固體電解質(BASE)陶瓷基質中的熔融碳酸鹽混合物組成。由于它們在650°C（大約1,200°F）及以上的極高溫度下運行，非貴金屬可用作陽極和陰極的催化劑，從而降低成本。提高效率是MCFC比磷酸燃料電池(PAFC)顯著降低成本的另一個原因。熔融碳酸鹽燃料電池可以達到接近60%的效率，xxx高于磷酸燃料電池工廠37-42%的效率。當余熱被捕獲和使用時，整體燃料效率可高達85%。與堿性、磷酸和聚合物電解質膜燃料電池不同，MCFC不需要外部重整器即可將能量密度更高的燃料轉化為氫氣。由于MCFC運行時的高溫，這些燃料通過稱為內部重整的過程在燃料電池本身內轉化為氫氣，這也降低了成本。熔融碳酸鹽燃料電池不易被一氧化碳或二氧化碳中毒——它們甚至可以使用碳氧化物作為燃料——這使得它們對于用煤制成的氣體作為燃料更具吸引力。因為它們比其他類型的燃料電池更能抵抗雜質，科學家們認為它們甚至可以對煤炭進行內部重整，假設它們可以抵抗由煤炭轉化產生的硫和顆粒等雜質，煤炭是一種更臟的化石燃料比許多其他來源，變成氫氣。或者，由于MCFC需要將CO2與氧化劑一起輸送到陰極，因此它們可用于從其他化石燃料發電廠的煙氣中電化學分離二氧化碳以進行封存。當前MCFC技術的主要缺點是耐用性。這些電池運行的高溫和使用的腐蝕性電解質會加速組件的損壞和腐蝕，從而縮短電池壽命。科學家們目前正在探索用于組件的耐腐蝕材料以及燃料電池設計，以增加電池壽命而不降低性能。

熔融碳酸鹽燃料電池是最近開發的一種燃料電池，針對小型和大型能源分配/發電系統，因為它們的發電量在0.3-3MW范圍內。工作壓力在1-8atm之間，而溫度在600和700°C之間。由于在化石燃料（甲烷、天然氣）重整過程中會產生CO2，MCFC并不是一種完全綠色的技術，但由于其可靠性和效率（與電力熱電聯產的足夠熱量）而很有前景。當前的MCFC效率在60%到70%之間。材料由于MCFC的高工作溫度，需要非常仔細地選擇材料以適應電池內存在的條件。以下部分介紹了燃料電池中存在的各種材料以及研究的最新進展。

陽極材料通常由多孔（3-6μm，45-70%材料孔隙率）Ni基合金組成。Ni與2-10%范圍內的鉻或鋁形成合金。這些合金元素允許在晶界處形成LiCrO2/LiAlO2，從而提高材料的抗蠕變性并防止陽極在燃料電池的高工作溫度下燒結。最近的研究著眼于使用納米鎳和其他鎳合金來提高性能并降低燃料電池的工作溫度。操作溫度的降低將延長燃料電池的壽命（即降低腐蝕速率）并允許使用更便宜的組件材料。同時，溫度降低會降低電解質的離子電導率，因此，陽極材料需要補償這種性能下降（例如通過增加功率密度）。其他研究人員已經研究了通過使用Ni3Al合金陽極來提高抗蠕變性，以減少運行時陽極中Ni的質量傳輸。

在電池的另一側，陰極材料由偏鈦酸鋰或轉化為鋰化氧化鎳的多孔Ni組成（鋰嵌入NiO晶體結構中）。陰極內的孔徑在7-15μm的范圍內，其中60-70%的材料是多孔的。正極材料的主要問題是NiO的溶解，因為當正極與碳酸鹽電解質接觸時，它會與CO2發生反應。這種溶解導致鎳金屬在電解質中沉淀，并且由于它是導電的，燃料電池可能會短路。因此，目前的研究已經研究了向NiO正極添加MgO以限制這種溶解。氧化鎂用于降低Ni2+在陰極中的溶解度并減少電解質中的沉淀。

MCFC使用由鈉(Na)和鉀(K)碳酸鹽組成的液體電解質（熔融碳酸鹽）。這種電解質由陶瓷(LiAlO2)基質支撐，以容納電極之間的液體。燃料電池的高溫需要通過這種電解質產生足夠的碳酸鹽離子電導率。常見的MCFC電解質含有62%的Li2CO3和38%的K2CO3。由于其較高的離子電導率，使用了較大比例的碳酸鋰，但由于其較低的氣體溶解度和氧的離子擴散性，因此被限制在62%。此外，Li2CO3是一種腐蝕性很強的電解質，這種碳酸鹽比例提供了最低的腐蝕速率。由于這些問題，最近的研究已深入研究用碳酸鈉代替碳酸鉀。與Li/K電解質（Li/K更堿性）相比，Li/Na電解質已顯示具有更好的性能（更高的電導率）并提高了正極的穩定性。此外，科學家們還研究了修改電解質的基質，以防止電池運行期間材料中的相變（γ-LiAlO2到α-LiAlO2）等問題。相變伴隨著電解質的體積減小，導致離子電導率降低。通過各種研究，已經發現氧化鋁摻雜的α-LiAlO2基體可以提高相穩定性，同時保持燃料電池的性能。科學家們還研究了修改電解質的基質，以防止電池運行期間材料中的相變（γ-LiAlO2到α-LiAlO2）等問題。相變伴隨著電解質的體積減小，導致離子電導率降低。通過各種研究，已經發現氧化鋁摻雜的α-LiAlO2基體可以提高相穩定性，同時保持燃料電池的性能。科學家們還研究了修改電解質的基質，以防止電池運行期間材料中的相變（γ-LiAlO2到α-LiAlO2）等問題。相變伴隨著電解質的體積減小，導致離子電導率降低。通過各種研究，已經發現氧化鋁摻雜的α-LiAlO2基體可以提高相穩定性，同時保持燃料電池的性能。

德國公司MTUFriedrichshafen在2006年的漢諾威博覽會上展示了MCFC。該裝置重2噸，可以利用包括沼氣在內的各種氣體燃料產生240kW的電力。如果以天然氣等含碳燃料為燃料，廢氣中將含有二氧化碳，但與使用船用燃料的柴油發動機相比，排放量將減少50%。排氣溫度為400°C，足以用于許多工業過程。另一種可能性是通過蒸汽輪機產生更多電力。根據原料氣類型，電效率在12%到19%之間。蒸汽渦輪機可以將效率提高多達24%。該裝置可用于熱電聯產。