Basisprincipes en ontwikkeling van brandstofcellen
Een brandstofcel is een energieconversieapparaat. Het is gebaseerd op het principe van elektrochemie, dat wil zeggen het werkingsprincipe van een primaire batterij. De chemische energie die is opgeslagen in de brandstof en het oxidatiemiddel wordt isotherm omgezet in elektrische energie en het eigenlijke proces is een redoxreactie. De brandstofcel bestaat hoofdzakelijk uit vier delen, namelijk een anode, een kathode, een elektrolyt en een extern circuit. Het brandstofgas en het oxiderende gas worden respectievelijk ingevoerd vanuit de anode en de kathode van de brandstofcel. Het brandstofgas zendt elektronen uit op de anode en de elektronen worden naar de kathode geleid via een extern circuit en gecombineerd met het oxiderende gas om ionen te genereren. Onder invloed van een elektrisch veld migreren de ionen naar de anode via de elektrolyt, reageren met het brandstofgas, vormen een lus en genereren een elektrische stroom. Tegelijkertijd genereert de brandstofcel een bepaalde hoeveelheid warmte vanwege zijn eigen elektrochemische reactie en de interne weerstand van de batterij. De kathoden van de batterij werken, naast geleidende elektronen, ook als katalysator voor de redoxreactie. Wanneer de brandstof een koolwaterstof is, moet de anode een hogere katalytische activiteit hebben. De anoden en kathoden zijn gewoonlijk poreus om de doorgang van reactiegassen en productafvoer te vergemakkelijken. De elektrolyt functioneert om ionen over te dragen en het brandstofgas en het oxiderende gas te scheiden. Om het mengen van de twee gassen te blokkeren, wordt de interne kortsluiting van de batterij veroorzaakt en is de elektrolyt meestal een dichte structuur.