Nestemäinen tai kiinteä, elektrolyytin johtava materiaali mahdollistaa elektronien kulun hallinnan.

Säiliö syöttää jatkuvasti anodille ja katodille polttoainetta : vetypolttokennon tapauksessa anodi vastaanottaa vetyä ja katodi happea, toisin sanoen ilmaa.
Anodi aiheuttaa polttoaineen hapettumisen ja elektronien vapautumisen, jotka ionivarautunut elektrolyytti pakottaa kulkemaan ulkoisen piirin läpi. Tämä ulkoinen piiri tarjoaa siis jatkuvan sähkövirran.

Katodiin kerätyt ionit ja elektronit yhdistyvät sitten toiseen polttoaineeseen, yleensä happeen. Tämä on pelkistys, joka tuottaa vettä ja lämpöä sähkövirran lisäksi.
Niin kauan kuin se toimitetaan, akku käy jatkuvasti.

Anodissa meillä on siis vedyn sähkökemiallinen hapetus :

H2 → 2H+ + 2.

Katodissa havaitaan hapen vähenemistä :

1⁄2O2 + 2H+ + 2. → H2O

Kokonaistase on tällöin :

H2 + 1/2 O2 → H2O

Protoninvaihtokalvon polttokennot (PEMFC) :
PEMFC-yhdisteet käyttävät elektrolyyttinä polymeerikalvoa, usein Nafionia®. Ne toimivat suhteellisen alhaisissa lämpötiloissa (noin 80–100 °C), ja niitä käytetään pääasiassa liikennesovelluksissa, kuten vetyautoissa, nopean käynnistyksen ja suuren tehotiheyden vuoksi.

Kiinteäoksidipolttokennot (SOFC) :
SOFC-yhdisteet käyttävät kiinteää elektrolyyttiä, kuten yttriumstabiloitua zirkoniumoksidia (YSZ), ja toimivat korkeissa lämpötiloissa (noin 600-1000 °C). Ne ovat tehokkaita kiinteässä sähköntuotannossa ja yhteistuotannossa korkean hyötysuhteensa ja alhaisen herkkyytensä ansiosta polttoaineen epäpuhtauksille.

Korkean lämpötilan kiinteäoksidipolttokennot (HT-SOFC) :
HT-SOFC-yhdisteet ovat SOFC-yhdisteiden muunnos, joka toimii vielä korkeammissa lämpötiloissa (yli 800 °C). Ne tarjoavat korkean hyötysuhteen ja niitä voidaan käyttää useilla eri polttoaineilla, mikä tekee niistä houkuttelevan vaihtoehdon kiinteisiin sovelluksiin, jotka vaativat korkeaa hyötysuhdetta.

Sulatetut karbonaattipolttokennot (FCFC) :
MCFC-yhdisteissä käytetään karbonaattielektrolyyttiä, joka sulatetaan korkeissa lämpötiloissa (noin 600–700 °C). Ne ovat tehokkaita yhteistuotannossa ja voivat toimia hiilidioksidia sisältävillä polttoaineilla, mikä tekee niistä hyödyllisiä CO2 : n talteenotossa ja varastoinnissa.

Alkaliset polttokennot (AFC) :
CFL : t käyttävät emäksistä elektrolyyttiä, yleensä kaliumin tai natriumhydroksidin vesiliuosta. Ne ovat tehokkaita ja edullisia, mutta ne vaativat platinapohjaisia katalyyttejä ja toimivat parhaiten puhtaan vedyn kanssa, mikä rajoittaa niiden sovelluksia.

Fosforihapon polttokennot (PAFC) :
PAFC-yhdisteissä käytetään fosforihappoelektrolyyttiä, joka sisältyy polybentsimidatsolihappokalvoon. Ne toimivat suhteellisen korkeissa lämpötiloissa (noin 150–220 °C), ja niitä käytetään usein kiinteissä yhteis- ja sähköntuotantosovelluksissa.

Protoninvaihtokalvon (PEM) polttokennot :
PEM-polttokennot ovat yleisimmin käytettyjä erityisesti kuljetuksissa ja kiinteissä sovelluksissa. Ne tarjoavat korkean tuoton, yleensä 40–60%. Tämä tehokkuus voi kuitenkin vaihdella esimerkiksi käyttölämpötilan, vedynpaineen ja järjestelmän häviöiden mukaan.

Kiinteäoksidipolttokennot (SOFC) :
SOFC-polttokennojen tiedetään tarjoavan korkean hyötysuhteen, tyypillisesti yli 50%. Jotkut kehittyneet SOFC-polttokennot voivat saavuttaa yli 60 prosentin hyötysuhteen. Niitä käytetään usein kiinteissä sovelluksissa, joissa korkea hyötysuhde on välttämätöntä.

Korkean lämpötilan kiinteäoksidipolttokennot (HT-SOFC) :
HT-SOFC-yhdisteet toimivat paljon korkeammissa lämpötiloissa kuin perinteiset SOFC-yhdisteet, minkä ansiosta ne voivat saavuttaa vieläkin korkeamman hyötysuhteen, tyypillisesti yli 60 %. Näitä polttokennoja käytetään pääasiassa kiinteissä ja yhteistuotantosovelluksissa.

Sulatetut karbonaattipolttokennot (FCFC) :
MCFC-polttokennoilla voidaan saavuttaa korkea hyötysuhde, tyypillisesti 50–60%. Niitä käytetään usein yhteistuotantosovelluksissa, joissa hukkalämpö voidaan ottaa talteen ja käyttää tehokkaasti.

Puhdas kuljetus :
Polttokennoja voidaan käyttää virtalähteenä polttokennoajoneuvoissa (FCV), kuten autoissa, kuorma-autoissa, linja-autoissa ja junissa. PCV : t käyttävät vetyä polttoaineena ja tuottavat sähköä yhdistämällä vetyä ilman happeen. Ne tuottavat vain vettä ja lämpöä sivutuotteina, mikä tarjoaa puhtaan vaihtoehdon polttomoottoriajoneuvoille.

Kiinteä energia :
Polttokennoja voidaan käyttää kiinteänä virtalähteenä monissa sovelluksissa, mukaan lukien vara- ja varajärjestelmät, tietoliikennelaitteet, solutornit, tukiasemat, liike- ja asuinrakennusten energianhallintajärjestelmät sekä hajautetut sähköntuotantojärjestelmät.

Kannettava elektroniikka :
Polttokennot voivat käyttää kannettavia elektronisia laitteita, kuten kannettavia tietokoneita, älypuhelimia, tabletteja ja kenttämittauslaitteita. Niiden suuri energiatiheys ja pidempi käyttöaika tekevät niistä houkuttelevan ratkaisun sovelluksiin, joissa tarvitaan kannettavaa, pitkäikäistä tehoa.

Sotilaalliset sovellukset :
Polttokennoja voidaan käyttää sotilaallisissa sovelluksissa, kuten drooneissa, sotilasajoneuvoissa, kenttävalvonta- ja viestintälaitteissa sekä puolustusjärjestelmissä, mikä tarjoaa luotettavaa ja huomaamatonta tehoa vaativissa ympäristöissä.

Avaruussovellukset :
Avaruusteollisuudessa polttokennoja käytetään satelliittien, avaruusasemien ja avaruuskoettimien voimanlähteenä. Niiden korkea hyötysuhde, luotettavuus ja keveys tekevät niistä houkuttelevan virtalähteen pitkäaikaisille avaruusoperaatioille.

Teolliset sovellukset :
Polttokennoja voidaan käyttää erilaisissa teollisissa sovelluksissa, kuten yhteistuotannossa, hajautetussa sähköntuotannossa, jäteveden käsittelyssä, lämmön- ja sähköntuotannossa teollisuusprosesseissa sekä vedyn tuotannossa uusiutuvista lähteistä.