Υγρό ή στερεό, το αγώγιμο υλικό του ηλεκτρολύτη καθιστά δυνατό τον έλεγχο της διέλευσης ηλεκτρονίων.

Μια δεξαμενή τροφοδοτεί συνεχώς την άνοδο και την κάθοδο με καύσιμο : στην περίπτωση κυψέλης καυσίμου υδρογόνου, η άνοδος λαμβάνει υδρογόνο και το οξυγόνο της καθόδου, με άλλα λόγια αέρα.
Η άνοδος προκαλεί την οξείδωση του καυσίμου και την απελευθέρωση ηλεκτρονίων, τα οποία αναγκάζονται από τον ιοντοφορτισμένο ηλεκτρολύτη να περάσουν μέσα από ένα εξωτερικό κύκλωμα. Αυτό το εξωτερικό κύκλωμα προσφέρει επομένως ένα συνεχές ηλεκτρικό ρεύμα.

Ιόντα και ηλεκτρόνια, που συγκεντρώνονται στην κάθοδο, στη συνέχεια ανασυνδυάζονται με το δεύτερο καύσιμο, συνήθως οξυγόνο. Αυτή είναι η μείωση, η παραγωγή νερού και θερμότητας εκτός από το ηλεκτρικό ρεύμα.
Όσο παρέχεται, η μπαταρία λειτουργεί συνεχώς.

Στην άνοδο, επομένως, έχουμε μια ηλεκτροχημική οξείδωση του υδρογόνου :

H2 → 2H+ + 2ο-

Στην κάθοδο, παρατηρείται μείωση του οξυγόνου :

1⁄2O2 + 2H+ + 2ο- → H2O

Στη συνέχεια, ο συνολικός ισολογισμός είναι :

Η2 + 1/2 Ο2 → Η2Ο

Κυψέλες καυσίμου μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων (PEMFC) :
Τα PEMFCs χρησιμοποιούν μια πολυμερή μεμβράνη, συχνά Nafion®, ως ηλεκτρολύτη. Λειτουργούν σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες (περίπου 80-100°C) και χρησιμοποιούνται κυρίως σε εφαρμογές μεταφορών, όπως τα αυτοκίνητα υδρογόνου, λόγω της γρήγορης εκκίνησης και της υψηλής πυκνότητας ισχύος τους.

Κυψέλες καυσίμου στερεού οξειδίου (SOFCs) :
Τα SOFCs χρησιμοποιούν έναν στερεό ηλεκτρολύτη, όπως το σταθεροποιημένο οξείδιο του ζιρκονίου (YSZ) και λειτουργούν σε υψηλές θερμοκρασίες (περίπου 600-1000°C). Είναι αποδοτικά για σταθερή παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και συμπαραγωγή λόγω της υψηλής απόδοσης και της χαμηλής ευαισθησίας τους σε ακαθαρσίες καυσίμων.

Κυψέλες καυσίμου στερεού οξειδίου υψηλής θερμοκρασίας (HT-SOFC) :
Τα HT-SOFC είναι μια παραλλαγή των SOFC που λειτουργούν σε ακόμη υψηλότερες θερμοκρασίες (πάνω από 800 ° C). Προσφέρουν υψηλή απόδοση και μπορούν να τροφοδοτηθούν από μια ποικιλία καυσίμων, καθιστώντας τα μια ελκυστική επιλογή για σταθερές εφαρμογές που απαιτούν υψηλή απόδοση.

Συντετηγμένες κυψέλες καυσίμου ανθρακικού άλατος (FCFC) :
Τα MCFCs χρησιμοποιούν έναν ανθρακικό ηλεκτρολύτη που συντήκεται σε υψηλές θερμοκρασίες (περίπου 600-700 ° C). Είναι αποδοτικά για συμπαραγωγή και μπορούν να λειτουργούν με καύσιμα που περιέχουν διοξείδιο του άνθρακα, καθιστώντας τα χρήσιμα για τη δέσμευση και αποθήκευση CO2.

Αλκαλικές κυψέλες καυσίμου (AFC) :
Οι CFL χρησιμοποιούν έναν αλκαλικό ηλεκτρολύτη, συνήθως ένα υδατικό διάλυμα ποτάσας ή υδροξειδίου του νατρίου. Είναι αποδοτικά και φθηνά, αλλά απαιτούν καταλύτες με βάση την πλατίνα και λειτουργούν καλύτερα με καθαρό υδρογόνο, γεγονός που περιορίζει τις εφαρμογές τους.

Κυψέλες καυσίμου φωσφορικού οξέος (PAFC) :
Τα PAFCs χρησιμοποιούν έναν ηλεκτρολύτη φωσφορικού οξέος που περιέχεται σε μια μεμβράνη πολυβενζιμιδαζολίου. Λειτουργούν σε σχετικά υψηλές θερμοκρασίες (περίπου 150-220°C) και χρησιμοποιούνται συχνά σε σταθερές εφαρμογές συμπαραγωγής και παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.

Κυψέλες καυσίμου μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων (PEM) :
Οι κυψέλες καυσίμου PEM είναι από τις πιο συχνά χρησιμοποιούμενες, ειδικά στις μεταφορές και τις σταθερές εφαρμογές. Προσφέρουν υψηλή απόδοση, συνήθως μεταξύ 40% και 60%. Ωστόσο, αυτή η απόδοση μπορεί να ποικίλει ανάλογα με παράγοντες όπως η θερμοκρασία λειτουργίας, η πίεση υδρογόνου και οι απώλειες στο σύστημα.

Κυψέλες καυσίμου στερεού οξειδίου (SOFCs) :
Οι κυψέλες καυσίμου SOFC είναι γνωστό ότι προσφέρουν υψηλές αποδόσεις, συνήθως άνω του 50%. Ορισμένες προηγμένες κυψέλες καυσίμου SOFC μπορούν να επιτύχουν αποδόσεις άνω του 60%. Χρησιμοποιούνται συχνά σε σταθερές εφαρμογές όπου η υψηλή απόδοση είναι απαραίτητη.

Κυψέλες καυσίμου στερεού οξειδίου υψηλής θερμοκρασίας (HT-SOFC) :
Τα HT-SOFC λειτουργούν σε πολύ υψηλότερες θερμοκρασίες από τα συμβατικά SOFCs, επιτρέποντάς τους να επιτύχουν ακόμη υψηλότερες αποδόσεις, συνήθως άνω του 60%. Αυτές οι κυψέλες καυσίμου χρησιμοποιούνται κυρίως σε σταθερές εφαρμογές και εφαρμογές συμπαραγωγής.

Συντετηγμένες κυψέλες καυσίμου ανθρακικού άλατος (FCFC) :
Οι κυψέλες καυσίμου MCFC μπορούν να επιτύχουν υψηλή απόδοση, συνήθως μεταξύ 50% και 60%. Χρησιμοποιούνται συχνά σε εφαρμογές συμπαραγωγής όπου η απορριπτόμενη θερμότητα μπορεί να ανακτηθεί και να χρησιμοποιηθεί αποτελεσματικά.

Καθαρή μεταφορά :
Οι κυψέλες καυσίμου μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως πηγή ενέργειας για οχήματα κυψελών καυσίμου (FCV), όπως αυτοκίνητα, φορτηγά, λεωφορεία και τρένα. Τα PCV χρησιμοποιούν υδρογόνο ως καύσιμο και παράγουν ηλεκτρική ενέργεια συνδυάζοντας υδρογόνο με οξυγόνο από τον αέρα. Παράγουν μόνο νερό και θερμότητα ως υποπροϊόντα, παρέχοντας μια καθαρή εναλλακτική λύση στα οχήματα με κινητήρα εσωτερικής καύσης.

Σταθερή ενέργεια :
Οι κυψέλες καυσίμου μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως σταθερή πηγή ενέργειας για μια ποικιλία εφαρμογών, συμπεριλαμβανομένων εφεδρικών και εφεδρικών συστημάτων, τηλεπικοινωνιακών εγκαταστάσεων, πύργων κυψελών, σταθμών βάσης, συστημάτων διαχείρισης ενέργειας για εμπορικά και οικιστικά κτίρια και κατανεμημένων συστημάτων παραγωγής ενέργειας.

Φορητά ηλεκτρονικά :
Οι κυψέλες καυσίμου μπορούν να τροφοδοτήσουν φορητές ηλεκτρονικές συσκευές όπως φορητούς υπολογιστές, smartphone, tablet και συσκευές μέτρησης πεδίου. Η υψηλή ενεργειακή πυκνότητα και ο εκτεταμένος χρόνος λειτουργίας τους τα καθιστούν μια ελκυστική λύση για εφαρμογές που απαιτούν φορητή ισχύ μεγάλης διάρκειας ζωής.

Στρατιωτικές εφαρμογές :
Οι κυψέλες καυσίμου μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε στρατιωτικές εφαρμογές όπως drones, στρατιωτικά οχήματα, εξοπλισμό επιτήρησης και επικοινωνίας πεδίου και αμυντικά συστήματα, παρέχοντας αξιόπιστη και διακριτική ισχύ σε απαιτητικά περιβάλλοντα.

Διαστημικές εφαρμογές :
Στη διαστημική βιομηχανία, οι κυψέλες καυσίμου χρησιμοποιούνται για την τροφοδοσία δορυφόρων, διαστημικών σταθμών και διαστημικών ανιχνευτών. Η υψηλή απόδοση, η αξιοπιστία και το χαμηλό βάρος τους τα καθιστούν ελκυστική πηγή ενέργειας για μακροπρόθεσμες διαστημικές αποστολές.

Βιομηχανικές εφαρμογές :
Οι κυψέλες καυσίμου μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ποικίλες βιομηχανικές εφαρμογές, όπως η συμπαραγωγή, η κατανεμημένη παραγωγή ενέργειας, η επεξεργασία λυμάτων, η παραγωγή θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας για βιομηχανικές διεργασίες και η παραγωγή υδρογόνου από ανανεώσιμες πηγές.