Grundlæggende principper og udvikling af brændselsceller
En brændselscelle er en energikonverteringsenhed. Det er baseret på princippet om elektrokemi, det vil sige arbejdsprincippet for et primært batteri. Den kemiske energi, der er lagret i brændstoffet og oxidanten, omdannes isotermisk til elektrisk energi, og den egentlige proces er en redoxreaktion. Brændselscellen består hovedsageligt af fire dele, nemlig en anode, en katode, en elektrolyt og et eksternt kredsløb. Brændselsgassen og den oxiderende gas indføres henholdsvis fra anoden og katoden i brændselscellen. Brændselsgassen udsender elektroner på anoden, og elektronerne ledes til katoden gennem et eksternt kredsløb og kombineres med den oxiderende gas for at generere ioner. Under påvirkning af et elektrisk felt vandrer ionerne til anoden gennem elektrolytten, reagerer med brændstofgassen, danner en løkke og genererer en elektrisk strøm. Samtidig genererer brændselscellen en vis mængde varme på grund af sin egen elektrokemiske reaktion og batteriets indre modstand. Batteriets katoder fungerer ud over at lede elektroner også som en katalysator til redoxreaktionen. Når brændstoffet er et carbonhydrid, kræves det, at anoden har en højere katalytisk aktivitet. Anoderne og katoderne er sædvanligvis porøse for at lette passagen af reaktionsgasser og produktudladning. Elektrolytten fungerer til at overføre ioner og adskille brændselsgassen og den oxiderende gas. For at blokere blandingen af de to gasser forårsages batteriets indre kortslutning, og elektrolytten er normalt en tæt struktur.