Рідкий або твердий, струмопровідний матеріал електроліту дає можливість контролювати проходження електронів.

Резервуар безперервно постачає анод і катод паливом : у випадку з водневим паливним елементом анод отримує водень, а катод кисень, іншими словами повітря.
Анод викликає окислення палива і вивільнення електронів, які змушуються іонно зарядженим електролітом проходити через зовнішній ланцюг. Таким чином, ця зовнішня схема забезпечує безперервний електричний струм.

Іони і електрони, зібрані в катоді, потім рекомбінують з другим паливом, зазвичай киснем. Це редукція, що генерує воду і тепло на додаток до електричного струму.
Поки він поставляється, батарея працює безперервно.

Отже, на аноді ми маємо електрохімічне окислення водню :

Н2 → 2Н+ + 2-й-

На катоді відновлення кисню спостерігається :

1⁄2O2 + 2H+ + 2-й → H2O

Тоді загальний баланс такий :

H2 + 1/2 O2 → H2O

Паливні елементи протонообмінної мембрани (PEMFC) :
В якості електроліту в PEMFC використовується полімерна мембрана, часто Nafion®. Вони працюють при відносно низьких температурах (близько 80-100 ° C) і в основному використовуються в транспортних додатках, таких як водневі автомобілі, завдяки швидкому запуску і високій щільності потужності.

Твердооксидні паливні елементи (SOFC) :
SOFC використовують твердий електроліт, такий як стабілізований ітрія оксид цирконію (YSZ), і працюють при високих температурах (близько 600-1000 °C). Вони ефективні для стаціонарної генерації електроенергії та когенерації завдяки високому ККД та низькій чутливості до домішок палива.

Високотемпературні твердооксидні паливні елементи (HT-SOFC) :
HT-SOFC є варіантом SOFC, які працюють при ще більш високих температурах (вище 800 ° C). Вони забезпечують високу ефективність і можуть працювати на різних видах палива, що робить їх привабливим варіантом для стаціонарних застосувань, що вимагають високої ефективності.

Плавлені карбонатні паливні елементи (FCFC) :
У ГФВ використовується карбонатний електроліт, який сплавляється при високих температурах (близько 600-700 ° C). Вони ефективні для когенерації та можуть працювати на паливі, що містить вуглекислий газ, що робить їх корисними для уловлювання та зберігання CO2.

Лужні паливні елементи (AFC) :
У КЛЛ використовується лужний електроліт, зазвичай водний розчин поташу або гідроксиду натрію. Вони ефективні та недорогі, але вимагають каталізаторів на основі платини та найкраще працюють із чистим воднем, що обмежує їх застосування.

Паливні елементи фосфорної кислоти (PAFC) :
У ПАФК використовується електроліт фосфорної кислоти, що міститься в мембрані полібензимідазольної кислоти. Вони працюють при відносно високих температурах (близько 150-220 ° C) і часто використовуються в стаціонарних системах когенерації та виробництва електроенергії.

Паливні елементи протонообмінної мембрани (PEM) :
Паливні елементи PEM є одними з найбільш часто використовуваних, особливо в транспорті та стаціонарних додатках. Вони пропонують високу прибутковість, зазвичай від 40% до 60%. Однак ця ефективність може змінюватися залежно від таких факторів, як робоча температура, тиск водню та втрати в системі.

Твердооксидні паливні елементи (SOFC) :
Відомо, що паливні елементи SOFC забезпечують високу ефективність, як правило, понад 50%. Деякі вдосконалені паливні елементи SOFC можуть досягати ефективності понад 60%. Вони часто використовуються в стаціонарних системах, де важлива висока ефективність.

Високотемпературні твердооксидні паливні елементи (HT-SOFC) :
HT-SOFC працюють при набагато вищих температурах, ніж звичайні SOFC, що дозволяє їм досягати ще вищої ефективності, як правило, понад 60%. Ці паливні елементи в основному використовуються в стаціонарних і когенераційних системах.

Плавлені карбонатні паливні елементи (FCFC) :
Паливні елементи MCFC можуть досягати високої ефективності, як правило, від 50% до 60%. Вони часто використовуються в когенераційних системах, де відпрацьоване тепло можна рекуперувати та ефективно використовувати.

Чистий транспорт :
Паливні елементи можна використовувати як джерело живлення для транспортних засобів на паливних елементах (FCV), таких як легкові автомобілі, вантажівки, автобуси та поїзди. PCV використовують водень як паливо та виробляють електроенергію, поєднуючи водень з киснем повітря. Вони виробляють лише воду та тепло як побічні продукти, забезпечуючи чисту альтернативу автомобілям з двигунами внутрішнього згоряння.

Стаціонарна енергія :
Паливні елементи можна використовувати як стаціонарне джерело живлення для різноманітних застосувань, включаючи системи резервного та резервного копіювання, телекомунікаційні засоби, вежі стільникового зв'язку, базові станції, системи управління енергією для комерційних і житлових будівель, а також системи розподіленого виробництва електроенергії.

Портативна електроніка :
Паливні елементи можуть живити портативні електронні пристрої, такі як ноутбуки, смартфони, планшети та польові вимірювальні прилади. Висока щільність енергії та подовжений час роботи роблять їх привабливим рішенням для застосувань, які потребують портативного живлення з тривалим терміном служби.

Застосування у військовому плані :
Паливні елементи можна використовувати у військових цілях, таких як дрони, військові транспортні засоби, обладнання для польового спостереження та зв'язку, а також оборонні системи, забезпечуючи надійну та непомітну потужність у складних умовах.

Космічне застосування :
У космічній галузі паливні елементи використовуються для живлення супутників, космічних станцій і космічних зондів. Їх висока ефективність, надійність і невелика вага роблять їх привабливим джерелом енергії для довгострокових космічних місій.

Промислове застосування :
Паливні елементи можна використовувати в різних промислових цілях, таких як когенерація, розподілене виробництво електроенергії, очищення стічних вод, виробництво тепла та електроенергії для промислових процесів, а також виробництво водню з відновлюваних джерел.