Flüssig oder fest, das leitfähige Material des Elektrolyten ermöglicht es, den Durchgang von Elektronen zu kontrollieren.

Ein Tank versorgt Anode und Kathode kontinuierlich mit Brennstoff : Bei einer Wasserstoff-Brennstoffzelle erhält die Anode Wasserstoff und die Kathode Sauerstoff, also Luft.
Die Anode bewirkt die Oxidation des Brennstoffs und die Freisetzung von Elektronen, die durch den ionengeladenen Elektrolyten gezwungen werden, einen externen Stromkreis zu passieren. Dieser externe Stromkreis bietet daher einen kontinuierlichen elektrischen Strom.

Ionen und Elektronen, die in der Kathode gesammelt sind, rekombinieren dann mit dem zweiten Brennstoff, normalerweise Sauerstoff. Dies ist eine Reduktion, bei der zusätzlich zum elektrischen Strom Wasser und Wärme erzeugt werden.
Solange er versorgt ist, läuft der Akku kontinuierlich.

An der Anode haben wir also eine elektrochemische Oxidation des Wasserstoffs :

H2 → 2H+ + 2.

An der Kathode wird die Sauerstoffreduktion beobachtet :

1⁄2O2 + 2H+ + 2nd- → H2O

Die Gesamtbilanz stellt sich dann wie folgt dar :

H2 + 1/2 O2 → H2O

Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEMFC) :
PEMFCs verwenden eine Polymermembran, oft Nafion®, als Elektrolyt. Sie arbeiten bei relativ niedrigen Temperaturen (ca. 80-100 °C) und werden aufgrund ihres schnellen Starts und ihrer hohen Leistungsdichte hauptsächlich in Transportanwendungen wie Wasserstoffautos eingesetzt.

Festoxid-Brennstoffzellen (SOFCs) :
SOFCs verwenden einen festen Elektrolyten wie Yttrium-stabilisiertes Zirkonoxid (YSZ) und arbeiten bei hohen Temperaturen (ca. 600-1000 °C). Sie sind aufgrund ihres hohen Wirkungsgrads und ihrer geringen Empfindlichkeit gegenüber Brennstoffverunreinigungen effizient für die stationäre Stromerzeugung und Kraft-Wärme-Kopplung.

Hochtemperatur-Festoxid-Brennstoffzellen (HT-SOFC) :
HT-SOFCs sind eine Variante von SOFCs, die bei noch höheren Temperaturen (über 800 °C) arbeiten. Sie bieten hohe Wirkungsgrade und können mit einer Vielzahl von Brennstoffen betrieben werden, was sie zu einer attraktiven Option für stationäre Anwendungen macht, die einen hohen Wirkungsgrad erfordern.

Geschmolzene Karbonat-Brennstoffzellen (FCFC) :
MCFCs verwenden einen Karbonatelektrolyten, der bei hohen Temperaturen (ca. 600-700 °C) geschmolzen wird. Sie sind effizient für die Kraft-Wärme-Kopplung und können mit kohlendioxidhaltigen Brennstoffen betrieben werden, was sie für die Abscheidung und Speicherung von CO2 nützlich macht.

Alkalische Brennstoffzellen (AFCs) :
CFLs verwenden einen alkalischen Elektrolyten, normalerweise eine wässrige Lösung aus Kali oder Natriumhydroxid. Sie sind effizient und kostengünstig, benötigen jedoch Katalysatoren auf Platinbasis und funktionieren am besten mit reinem Wasserstoff, was ihre Anwendungen einschränkt.

Phosphorsäure-Brennstoffzellen (PAFC) :
PAFCs verwenden einen Phosphorsäureelektrolyten, der in einer Polybenzimidazolsäuremembran enthalten ist. Sie arbeiten bei relativ hohen Temperaturen (ca. 150-220 °C) und werden häufig in stationären Kraft-Wärme-Kopplungs- und Stromerzeugungsanwendungen eingesetzt.

Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEM) :
PEM-Brennstoffzellen gehören zu den am häufigsten eingesetzten, insbesondere im Transportwesen und in stationären Anwendungen. Sie bieten eine hohe Rendite, in der Regel zwischen 40 % und 60 %. Dieser Wirkungsgrad kann jedoch in Abhängigkeit von Faktoren wie Betriebstemperatur, Wasserstoffdruck und Verlusten im System variieren.

Festoxid-Brennstoffzellen (SOFCs) :
SOFC-Brennstoffzellen sind dafür bekannt, dass sie hohe Wirkungsgrade bieten, typischerweise über 50 %. Einige fortschrittliche SOFC-Brennstoffzellen können Wirkungsgrade von mehr als 60 % erreichen. Sie werden häufig in stationären Anwendungen eingesetzt, bei denen ein hoher Wirkungsgrad unerlässlich ist.

Hochtemperatur-Festoxid-Brennstoffzellen (HT-SOFC) :
HT-SOFCs arbeiten bei viel höheren Temperaturen als herkömmliche SOFCs, wodurch sie noch höhere Wirkungsgrade erreichen können, typischerweise über 60 %. Diese Brennstoffzellen werden hauptsächlich in stationären und Kraft-Wärme-Kopplungsanwendungen eingesetzt.

Geschmolzene Karbonat-Brennstoffzellen (FCFC) :
MCFC-Brennstoffzellen können hohe Wirkungsgrade erreichen, typischerweise zwischen 50 % und 60 %. Sie werden häufig in Kraft-Wärme-Kopplungsanwendungen eingesetzt, bei denen Abwärme zurückgewonnen und effizient genutzt werden kann.

Sauberer Transport :
Brennstoffzellen können als Stromquelle für Brennstoffzellenfahrzeuge (FCVs) wie Autos, Lastwagen, Busse und Züge verwendet werden. PCVs verwenden Wasserstoff als Kraftstoff und erzeugen Strom, indem sie Wasserstoff mit Sauerstoff aus der Luft kombinieren. Sie erzeugen nur Wasser und Wärme als Nebenprodukte und bieten eine saubere Alternative zu Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor.

Stationäre Energie :
Brennstoffzellen können als stationäre Stromquelle für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, darunter Backup- und Backup-Systeme, Telekommunikationsanlagen, Mobilfunkmasten, Basisstationen, Energiemanagementsysteme für Gewerbe- und Wohngebäude sowie dezentrale Stromerzeugungssysteme.

Tragbare Elektronik :
Brennstoffzellen können tragbare elektronische Geräte wie Laptops, Smartphones, Tablets und Feldmessgeräte mit Strom versorgen. Ihre hohe Energiedichte und verlängerte Laufzeit machen sie zu einer attraktiven Lösung für Anwendungen, die eine tragbare, langlebige Stromversorgung erfordern.

Militärische Anwendungen :
Brennstoffzellen können in militärischen Anwendungen wie Drohnen, Militärfahrzeugen, Feldüberwachungs- und Kommunikationsgeräten sowie Verteidigungssystemen eingesetzt werden und liefern zuverlässige und diskrete Stromversorgung in anspruchsvollen Umgebungen.

Anwendungen in der Raumfahrt :
In der Raumfahrtindustrie werden Brennstoffzellen zum Antrieb von Satelliten, Raumstationen und Raumsonden eingesetzt. Ihr hoher Wirkungsgrad, ihre Zuverlässigkeit und ihr geringes Gewicht machen sie zu einer attraktiven Energiequelle für langfristige Weltraummissionen.

Industrielle Anwendungen :
Brennstoffzellen können in einer Vielzahl von industriellen Anwendungen eingesetzt werden, z. B. in Kraft-Wärme-Kopplung, dezentraler Stromerzeugung, Abwasserbehandlung, Wärme- und Stromerzeugung für industrielle Prozesse und Wasserstofferzeugung aus erneuerbaren Quellen.