Das Prinzip der Brennstoffzelle basiert auf der nachfolgenden Reaktionsgleichung:
2 H 2 + O 2 → 2 H 2 O {\displaystyle \mathrm {2\ H_{2}+O_{2}\to 2\ H_{2}O} }
Viele Brennstoffzellentypen können diese Reaktion zur Gewinnung elektrischer Energie nutzen. Der heute für viele Anwendungen wichtigste Brennstoffzellentyp dafür ist die Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle (PEMFC). Eine solche Brennstoffzelle verwendet in der Regel Wasserstoff (der mittels Dampfreformierung aus Methanol oder Methan erzeugt werden kann) als Energieträger und erreicht einen Wirkungsgrad von etwa 60 %. Das Kernstück der PEMFC ist eine Polymermembran, die ausschließlich für Protonen durchlässig ist (also nur für H+-Ionen), die so genannte proton exchange membrane (PEM). Das Oxidationsmittel, für gewöhnlich Luftsauerstoff, ist dadurch räumlich vom Reduktionsmittel getrennt.
Der Brennstoff, hier Wasserstoff, wird an der Anode katalytisch unter Abgabe von Elektronen zu Protonen oxidiert. Diese gelangen durch die Ionen-Austausch-Membran in die Kammer mit dem Oxidationsmittel. Die Elektronen werden aus der Brennstoffzelle abgeleitet und fließen über einen elektrischen Verbraucher, zum Beispiel eine Glühlampe, zur Kathode. An der Kathode wird das Oxidationsmittel, hier Sauerstoff, durch Aufnahme der Elektronen zu Anionen reduziert, die unmittelbar mit den Wasserstoffionen zu Wasser reagieren.
Brennstoffzellen mit einem solchen Aufbau heißen Polyelektrolyt-Brennstoffzellen, PEFC (für Polymer Electrolyte Fuel Cell) oder auch Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle, PEMFC (für Proton Exchange Membrane Fuel Cell). Die verwendeten Membranen sind saure Elektrolyten.
Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Brennstoffzelle#Aufbau
