Жидкий или твердый, токопроводящий материал электролита позволяет контролировать прохождение электронов.

Бак непрерывно снабжает топливом анод и катод : в случае водородного топливного элемента анод получает водород, а катод — кислород, то есть воздух.
Анод вызывает окисление топлива и высвобождение электронов, которые под действием ионно заряженного электролита проходят через внешнюю цепь. Таким образом, эта внешняя цепь обеспечивает непрерывный электрический ток.

Ионы и электроны, собранные в катоде, затем рекомбинируют со вторым топливом, обычно кислородом. Это восстановление, выработка воды и тепла в дополнение к электрическому току.
Пока он подан, аккумулятор работает непрерывно.

Таким образом, на аноде происходит электрохимическое окисление водорода :

H2 → 2H+ + 2-й-

На катоде наблюдается восстановление кислорода :

1⁄2O2 + 2H+ + 2-→ H2O

Таким образом, общий баланс выглядит следующим образом :

H2 + 1/2 O2 → H2O

Топливные элементы с протонообменной мембраной (PEMFC) :
В PEMFC в качестве электролита используется полимерная мембрана, часто нафион®. Они работают при относительно низких температурах (около 80-100°C) и в основном используются в транспортных приложениях, таких как водородные автомобили, из-за их быстрого запуска и высокой удельной мощности.

Твердооксидные топливные элементы (ТОТЭ) :
В ТОТЭ используется твердый электролит, такой как стабилизированный иттрием оксид циркония (YSZ), и они работают при высоких температурах (около 600-1000 °C). Они эффективны для стационарной выработки электроэнергии и когенерации благодаря высокому КПД и низкой чувствительности к примесям топлива.

Высокотемпературные твердооксидные топливные элементы (HT-SOFC) :
ГТ-ТОТЭ являются разновидностью ТОТЭ, которые работают при еще более высоких температурах (выше 800°C). Они обладают высокой эффективностью и могут работать на различных видах топлива, что делает их привлекательным вариантом для стационарных применений, требующих высокой эффективности.

Плавленые карбонатные топливные элементы (FCFC) :
В MCFC используется карбонатный электролит, который плавится при высоких температурах (около 600-700 °C). Они эффективны для когенерации и могут работать на топливе, содержащем углекислый газ, что делает их полезными для улавливания и хранения CO2.

Щелочные топливные элементы (АЧХ) :
В КЛЛ используется щелочной электролит, обычно водный раствор поташа или гидроксида натрия. Они эффективны и недороги, но требуют катализаторов на основе платины и лучше всего работают с чистым водородом, что ограничивает их применение.

Топливные элементы на основе фосфорной кислоты (PAFC) :
В PAFC используется электролит из фосфорной кислоты, содержащийся в мембране из полибензимидазольной кислоты. Они работают при относительно высоких температурах (около 150-220 °C) и часто используются в стационарных когенерационных и энергетических установках.

Топливные элементы с протонообменной мембраной (PEM) :
Топливные элементы PEM являются одними из наиболее часто используемых, особенно в транспортных и стационарных приложениях. Они предлагают высокую доходность, обычно от 40% до 60%. Однако эта эффективность может варьироваться в зависимости от таких факторов, как рабочая температура, давление водорода и потери в системе.

Твердооксидные топливные элементы (ТОТЭ) :
Известно, что топливные элементы ТОТЭ обладают высоким КПД, обычно превышающим 50%. Некоторые усовершенствованные топливные элементы ТОТЭ могут достигать КПД более 60%. Они часто используются в стационарных установках, где важна высокая эффективность.

Высокотемпературные твердооксидные топливные элементы (HT-SOFC) :
ГТ-ТОТЭ работают при гораздо более высоких температурах, чем обычные ТОТЭ, что позволяет им достичь еще более высокого КПД, обычно превышающего 60%. Эти топливные элементы в основном используются в стационарных и когенерационных установках.

Плавленые карбонатные топливные элементы (FCFC) :
Топливные элементы MCFC могут достигать высокого КПД, как правило, от 50% до 60%. Они часто используются в когенерационных установках, где отработанное тепло может быть рекуперировано и эффективно использовано.

Чистая транспортировка :
Топливные элементы могут использоваться в качестве источника питания для транспортных средств на топливных элементах (FCV), таких как легковые автомобили, грузовики, автобусы и поезда. PCV используют водород в качестве топлива и вырабатывают электроэнергию, соединяя водород с кислородом из воздуха. Они генерируют воду и тепло только в качестве побочных продуктов, обеспечивая чистую альтернативу автомобилям с двигателями внутреннего сгорания.

Стационарная энергия :
Топливные элементы могут использоваться в качестве стационарного источника питания для различных применений, включая резервные и резервные системы, телекоммуникационные средства, вышки сотовой связи, базовые станции, системы управления энергопотреблением для коммерческих и жилых зданий, а также распределенные системы производства электроэнергии.

Портативная электроника :
Топливные элементы могут питать портативные электронные устройства, такие как ноутбуки, смартфоны, планшеты и полевые измерительные устройства. Высокая плотность энергии и увеличенное время работы делают их привлекательным решением для приложений, требующих портативного питания с длительным сроком службы.

Военное применение :
Топливные элементы могут использоваться в военных приложениях, таких как беспилотные летательные аппараты, военные транспортные средства, полевое оборудование для наблюдения и связи, а также оборонные системы, обеспечивая надежное и малозаметное питание в сложных условиях.

Космическое применение :
В космической отрасли топливные элементы используются для питания спутников, космических станций и космических зондов. Их высокая эффективность, надежность и малый вес делают их привлекательным источником энергии для длительных космических миссий.

Промышленное применение :
Топливные элементы могут использоваться в различных промышленных приложениях, таких как когенерация, распределенная выработка электроэнергии, очистка сточных вод, производство тепла и электроэнергии для промышленных процессов, а также производство водорода из возобновляемых источников.