سائلة أو صلبة ، المادة الموصلة للكهارل تجعل من الممكن التحكم في مرور الإلكترونات.

يزود الخزان باستمرار الأنود والكاثود بالوقود : في حالة خلية وقود الهيدروجين ، يتلقى الأنود الهيدروجين والأكسجين الكاثود ، أي الهواء.
يتسبب الأنود في أكسدة الوقود وإطلاق الإلكترونات ، التي يجبرها المنحل بالكهرباء المشحون بالأيونات على المرور عبر دائرة خارجية. ومن ثم، توفر هذه الدائرة الخارجية تيارا كهربيا مستمرا.

الأيونات والإلكترونات ، التي تتجمع في الكاثود ، ثم تتحد مع الوقود الثاني ، عادة الأكسجين. هذا هو الحد ، وتوليد المياه والحرارة بالإضافة إلى التيار الكهربائي.
طالما يتم توفيرها ، تعمل البطارية بشكل مستمر.

عند المصعد، لدينا أكسدة كهروكيميائية للهيدروجين :

H2 → 2H+ + 2nd-

في الكاثود ، لوحظ انخفاض الأكسجين :

1⁄2O2 + 2H+ + 2nd- → H2O

الميزانية العمومية الإجمالية هي :

H2 + 1/2 O2 → H2O

خلايا الوقود الغشائية لتبادل البروتون (PEMFC) :
تستخدم PEMFCs غشاء بوليمر ، غالبا Nafion® ، كإلكتروليت. تعمل في درجات حرارة منخفضة نسبيا (حوالي 80-100 درجة مئوية) وتستخدم بشكل أساسي في تطبيقات النقل ، مثل سيارات الهيدروجين ، نظرا لبدايتها السريعة وكثافة الطاقة العالية.

خلايا وقود الأكسيد الصلب (SOFCs) :
تستخدم SOFCs إلكتروليت صلب ، مثل أكسيد الزركونيوم المستقر بالإيتريا (YSZ) ، وتعمل في درجات حرارة عالية (حوالي 600-1000 درجة مئوية). إنها فعالة لتوليد الطاقة الثابتة والتوليد المشترك لها نظرا لكفاءتها العالية وحساسيتها المنخفضة لشوائب الوقود.

خلايا وقود أكسيد صلب عالية الحرارة (HT-SOFC) :
HT-SOFCs هي نوع مختلف من SOFCs التي تعمل في درجات حرارة أعلى (أعلى من 800 درجة مئوية). إنها توفر كفاءات عالية ويمكن تشغيلها بواسطة مجموعة متنوعة من أنواع الوقود ، مما يجعلها خيارا جذابا للتطبيقات الثابتة التي تتطلب كفاءة عالية.

خلايا وقود الكربونات المنصهرة (FCFCs) :
تستخدم MCFCs إلكتروليت كربونات يتم دمجه في درجات حرارة عالية (حوالي 600-700 درجة مئوية). فهي فعالة للتوليد المشترك ويمكن أن تعمل على الوقود الذي يحتوي على ثاني أكسيد الكربون ، مما يجعلها مفيدة لالتقاط وتخزين CO2.

خلايا الوقود القلوية (AFCs) :
تستخدم المصابيح الفلورية المتضامة إلكتروليت قلوي ، وعادة ما يكون محلولا مائيا من البوتاس أو هيدروكسيد الصوديوم. إنها فعالة وغير مكلفة ، لكنها تتطلب محفزات قائمة على البلاتين وتعمل بشكل أفضل مع الهيدروجين النقي ، مما يحد من تطبيقاتها.

خلايا وقود حمض الفوسفوريك (PAFC) :
تستخدم PAFCs إلكتروليت حمض الفوسفوريك الموجود في غشاء حمض بولي بنزيميدازول. وهي تعمل في درجات حرارة عالية نسبيا (حوالي 150-220 درجة مئوية) وغالبا ما تستخدم في تطبيقات التوليد المشترك للطاقة الثابتة وتوليد الطاقة.

خلايا وقود غشاء تبادل البروتون (PEM) :
تعد خلايا الوقود PEM من بين أكثر الخلايا استخداما ، خاصة في النقل والتطبيقات الثابتة. أنها توفر عائدا مرتفعا ، عادة ما بين 40٪ و 60٪. ومع ذلك ، يمكن أن تختلف هذه الكفاءة اعتمادا على عوامل مثل درجة حرارة التشغيل وضغط الهيدروجين والخسائر في النظام.

خلايا وقود الأكسيد الصلب (SOFCs) :
من المعروف أن خلايا وقود SOFC توفر كفاءات عالية ، عادة ما تزيد عن 50٪. يمكن لبعض خلايا وقود SOFC المتقدمة تحقيق كفاءات تزيد عن 60٪. غالبا ما يتم استخدامها في التطبيقات الثابتة حيث تكون الكفاءة العالية ضرورية.

خلايا وقود أكسيد صلب عالية الحرارة (HT-SOFC) :
تعمل HT-SOFCs في درجات حرارة أعلى بكثير من SOFCs التقليدية ، مما يسمح لها بتحقيق كفاءات أعلى ، عادة ما تزيد عن 60٪. تستخدم خلايا الوقود هذه بشكل أساسي في تطبيقات التوليد الثابت والتوليد المشترك.

خلايا وقود الكربونات المنصهرة (FCFCs) :
يمكن أن تحقق خلايا الوقود MCFC كفاءات عالية ، تتراوح عادة بين 50٪ و 60٪. وغالبا ما تستخدم في تطبيقات التوليد المشترك للطاقة حيث يمكن استعادة الحرارة المهدرة واستخدامها بكفاءة.

النقل النظيف :
يمكن استخدام خلايا الوقود كمصدر للطاقة لمركبات خلايا الوقود (FCVs) ، مثل السيارات والشاحنات والحافلات والقطارات. تستخدم PCVs الهيدروجين كوقود وتولد الكهرباء عن طريق الجمع بين الهيدروجين والأكسجين من الهواء. إنها تولد الماء والحرارة فقط كمنتجات ثانوية ، مما يوفر بديلا نظيفا لمركبات محركات الاحتراق الداخلي.

الطاقة الثابتة :
يمكن استخدام خلايا الوقود كمصدر طاقة ثابت لمجموعة متنوعة من التطبيقات ، بما في ذلك أنظمة النسخ الاحتياطي والنسخ الاحتياطي ، ومرافق الاتصالات السلكية واللاسلكية ، والأبراج الخلوية ، والمحطات الأساسية ، وأنظمة إدارة الطاقة للمباني التجارية والسكنية ، وأنظمة توليد الطاقة الموزعة.

الإلكترونيات المحمولة :
يمكن لخلايا الوقود تشغيل الأجهزة الإلكترونية المحمولة مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف الذكية والأجهزة اللوحية وأجهزة القياس الميداني. إن كثافة الطاقة العالية ووقت التشغيل الممتد يجعلانها حلا جذابا للتطبيقات التي تتطلب طاقة محمولة طويلة العمر.

التطبيقات العسكرية :
يمكن استخدام خلايا الوقود في التطبيقات العسكرية مثل الطائرات بدون طيار والمركبات العسكرية ومعدات المراقبة الميدانية والاتصالات وأنظمة الدفاع ، مما يوفر طاقة موثوقة وسرية في البيئات الصعبة.

التطبيقات الفضائية :
في صناعة الفضاء ، تستخدم خلايا الوقود لتشغيل الأقمار الصناعية والمحطات الفضائية والمسابر الفضائية. كفاءتها العالية وموثوقيتها ووزنها المنخفض تجعلها مصدر طاقة جذاب للبعثات الفضائية طويلة الأجل.

التطبيقات الصناعية :
يمكن استخدام خلايا الوقود في مجموعة متنوعة من التطبيقات الصناعية مثل التوليد المشترك للطاقة ، وتوليد الطاقة الموزعة ، ومعالجة مياه الصرف الصحي ، وتوليد الحرارة والطاقة للعمليات الصناعية ، وإنتاج الهيدروجين من مصادر متجددة.