Chất lỏng hoặc rắn, vật liệu dẫn điện của chất điện phân làm cho nó có thể kiểm soát sự đi qua của các electron.

Một bể liên tục cung cấp nhiên liệu cho cực dương và cực âm : trong trường hợp pin nhiên liệu hydro, cực dương nhận hydro và oxy catốt, nói cách khác là không khí.
Cực dương gây ra quá trình oxy hóa nhiên liệu và giải phóng các electron, bị chất điện phân tích điện ion buộc phải đi qua mạch ngoài. Do đó, mạch ngoài này cung cấp một dòng điện liên tục.

Các ion và electron, tập hợp trong cực âm, sau đó tái kết hợp với nhiên liệu thứ hai, thường là oxy. Đây là giảm, tạo ra nước và nhiệt ngoài dòng điện.
Miễn là nó được cung cấp, pin chạy liên tục.

Do đó, ở cực dương, chúng ta có quá trình oxy hóa điện hóa của hydro :

H2 → 2H + + 2-

Ở cực âm, việc giảm oxy được quan sát thấy :

1⁄2O2 + 2H+ + lần 2- → H2O

Bảng cân đối kế toán tổng thể sau đó là :

H2 + 1/2 O2 → H2O

Tế bào nhiên liệu màng trao đổi proton (PEMFC) :
PEMFCs sử dụng màng polymer, thường là Nafion®, làm chất điện phân. Chúng hoạt động ở nhiệt độ tương đối thấp (khoảng 80-100 ° C) và chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng vận tải, chẳng hạn như xe hydro, do khởi động nhanh và mật độ năng lượng cao.

Pin nhiên liệu oxit rắn (SOFC) :
SOFC sử dụng chất điện phân rắn, chẳng hạn như oxit zirconi ổn định yttria (YSZ) và hoạt động ở nhiệt độ cao (khoảng 600-1000 ° C). Chúng có hiệu quả cho việc phát điện và đồng phát điện tĩnh do hiệu quả cao và độ nhạy thấp với tạp chất nhiên liệu.

Pin nhiên liệu oxit rắn nhiệt độ cao (HT-SOFC) :
HT-SOFC là một biến thể của SOFC hoạt động ở nhiệt độ cao hơn (trên 800 ° C). Chúng mang lại hiệu quả cao và có thể được cung cấp bởi nhiều loại nhiên liệu, làm cho chúng trở thành một lựa chọn hấp dẫn cho các ứng dụng cố định đòi hỏi hiệu quả cao.

Pin nhiên liệu cacbonat nóng chảy (FCFC) :
MCFC sử dụng chất điện phân cacbonat được nung chảy ở nhiệt độ cao (khoảng 600-700 ° C). Chúng có hiệu quả cho đồng phát và có thể chạy bằng nhiên liệu có chứa carbon dioxide, làm cho chúng hữu ích để thu giữ và lưu trữ CO2.

Pin nhiên liệu kiềm (AFC) :
CFL sử dụng chất điện phân kiềm, thường là dung dịch kali hoặc natri hydroxit. Chúng hiệu quả và không tốn kém, nhưng chúng yêu cầu chất xúc tác dựa trên bạch kim và hoạt động tốt nhất với hydro tinh khiết, điều này hạn chế các ứng dụng của chúng.

Pin nhiên liệu axit photphoric (PAFC) :
PAFCs sử dụng chất điện phân axit photphoric có trong màng axit polybenzimidazole. Chúng hoạt động ở nhiệt độ tương đối cao (khoảng 150-220 ° C) và thường được sử dụng trong các ứng dụng đồng phát và phát điện cố định.

Pin nhiên liệu màng trao đổi proton (PEM) :
Pin nhiên liệu PEM là một trong những loại pin được sử dụng phổ biến nhất, đặc biệt là trong các ứng dụng vận chuyển và cố định. Họ mang lại lợi nhuận cao, thường từ 40% đến 60%. Tuy nhiên, hiệu suất này có thể thay đổi tùy thuộc vào các yếu tố như nhiệt độ hoạt động, áp suất hydro và tổn thất trong hệ thống.

Pin nhiên liệu oxit rắn (SOFC) :
Pin nhiên liệu SOFC được biết là mang lại hiệu suất cao, thường vượt quá 50%. Một số pin nhiên liệu SOFC tiên tiến có thể đạt hiệu suất hơn 60%. Chúng thường được sử dụng trong các ứng dụng cố định, nơi hiệu quả cao là điều cần thiết.

Pin nhiên liệu oxit rắn nhiệt độ cao (HT-SOFC) :
HT-SOFC hoạt động ở nhiệt độ cao hơn nhiều so với SOFC thông thường, cho phép chúng đạt được hiệu quả cao hơn, thường vượt quá 60%. Những pin nhiên liệu này chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng cố định và đồng phát.

Pin nhiên liệu cacbonat nóng chảy (FCFC) :
Pin nhiên liệu MCFC có thể đạt được hiệu suất cao, thường từ 50% đến 60%. Chúng thường được sử dụng trong các ứng dụng đồng phát, nơi nhiệt thải có thể được thu hồi và sử dụng hiệu quả.

Giao thông sạch :
Pin nhiên liệu có thể được sử dụng làm nguồn năng lượng cho các phương tiện pin nhiên liệu (FCV), chẳng hạn như ô tô, xe tải, xe buýt và xe lửa. PCV sử dụng hydro làm nhiên liệu và tạo ra điện bằng cách kết hợp hydro với oxy từ không khí. Chúng chỉ tạo ra nước và nhiệt dưới dạng sản phẩm phụ, cung cấp một giải pháp thay thế sạch cho xe động cơ đốt trong.

Năng lượng tĩnh :
Pin nhiên liệu có thể được sử dụng làm nguồn năng lượng cố định cho nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm hệ thống dự phòng và dự phòng, cơ sở viễn thông, tháp di động, trạm gốc, hệ thống quản lý năng lượng cho các tòa nhà thương mại và dân cư và hệ thống phát điện phân tán.

Điện tử cầm tay :
Pin nhiên liệu có thể cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử cầm tay như máy tính xách tay, điện thoại thông minh, máy tính bảng và thiết bị đo hiện trường. Mật độ năng lượng cao và thời gian chạy kéo dài khiến chúng trở thành một giải pháp hấp dẫn cho các ứng dụng đòi hỏi nguồn điện di động, tuổi thọ cao.

Ứng dụng quân sự :
Pin nhiên liệu có thể được sử dụng trong các ứng dụng quân sự như máy bay không người lái, xe quân sự, thiết bị giám sát và liên lạc hiện trường, và hệ thống phòng thủ, cung cấp năng lượng đáng tin cậy và kín đáo trong môi trường đòi hỏi khắt khe.

Ứng dụng không gian :
Trong ngành công nghiệp vũ trụ, pin nhiên liệu được sử dụng để cung cấp năng lượng cho vệ tinh, trạm vũ trụ và tàu thăm dò không gian. Hiệu quả cao, độ tin cậy và trọng lượng thấp khiến chúng trở thành nguồn năng lượng hấp dẫn cho các sứ mệnh không gian dài hạn.

Ứng dụng công nghiệp :
Pin nhiên liệu có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng công nghiệp như đồng phát, phát điện phân tán, xử lý nước thải, phát nhiệt và điện cho các quy trình công nghiệp và sản xuất hydro từ các nguồn tái tạo.