Il principio di funzionamento delle celle a combustibile a idrogeno è essenzialmente la reazione inversa dell'acqua elettrolizzata. Già nel 1830, scienziati stranieri realizzarono la reazione inversa dell'acqua elettrolizzata e generarono corrente elettrica. In passato le celle a combustibile venivano utilizzate principalmente in settori speciali come quello aerospaziale. Negli ultimi dieci anni, con la crescente consapevolezza della protezione ambientale globale, della riduzione del consumo energetico e dello sviluppo sostenibile, le celle a combustibile hanno iniziato a ricevere attenzione e sviluppo.
Il processo di funzionamento di una cella a combustibile a idrogeno è una tecnologia che combina l'idrogeno con l'ossigeno presente nell'aria per formare acqua H2O e rilasciare energia elettrica. È caratterizzato da una bassa temperatura operativa e da una rapida velocità di avvio. È particolarmente adatto per l'uso come batteria di alimentazione.
Passaggio 1: l'idrogeno raggiunge l'anodo attraverso un tubo o una piastra di guida dell'aria. Sotto l'azione del catalizzatore dell'anodo, le molecole di idrogeno vengono ionizzate in ioni idrogeno caricati positivamente (protoni) e rilasciano elettroni caricati negativamente.
Passaggio 2: gli ioni idrogeno passano attraverso l'elettrolita (membrana a scambio protonico) fino al catodo e gli elettroni passano attraverso il circuito esterno fino al catodo. Gli elettroni formano una corrente nel circuito esterno e, attraverso collegamenti appropriati, l'energia elettrica può essere trasmessa al carico.
Fase 3: All'altra estremità della batteria, l'ossigeno (aria) raggiunge il catodo attraverso il tubo o la piastra di guida dell'aria. Sotto l'azione del catalizzatore catodico, l'ossigeno reagisce con gli ioni idrogeno e gli elettroni per generare acqua.
Esistono molti tipi di celle a combustibile e la differenza tra loro è l'elettrolita. Una cella a combustibile a idrogeno è costituita da una piastra bipolare (anodo, catodo) e una membrana a scambio protonico. L'idrogeno viene ossidato all'anodo, l'ossidante viene ridotto al catodo e la membrana a scambio protonico funge da elettrolita. Entrambi i poli contengono catalizzatori che accelerano le reazioni elettrochimiche sugli elettrodi.