Brennstoffzellen sind wie Batterien „elektrochemische Zellen“. Um über längere Zeiträume kontinuierlich elektrischen Strom und Reaktionswärme abgeben zu können, muss der Brennstoffzelle ständig Wasserstoff und Sauerstoff zugeführt werden. Technisch gesehen läuft in der Brennstoffzelle eine umgekehrte Elektrolyse ab, bei der Wasser durch elektrischen Strom in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird. In der Brennstoffzelle wird dagegen Wasserstoff und Sauerstoff wieder zu reinem Wasser verbunden. Außer elektrischen Strom, Wärme und Wasser entstehen dabei keine weiteren Nebenprodukte.

Zur Funktion benötigt die Brennstoffzelle eine Anode, einen Elektrolyten und eine Kathode. Auf der Anodenseite wird Wasserstoff mit Hilfe eines Katalysators in positiv geladene Wasserstoff-Protonen (H+) und negativ geladene Elektronen (e-) aufgespalten. Die Wasserstoff-Protonen wandern durch den Elektrolyten (Membran) zur Kathode und verbinden sich dort mit den zuvor abgespaltenen Elektronen und dem Luftsauerstoff zu Wasser.

Da der Elektrolyt elektrisch nichtleitend ist, müssen die Elektronen einen anderen Weg gehen. Verbindet man die Anode elektrisch leitend mit der Kathode, so fließen die Elektronen durch diesen Leiter und erzeugen dabei nutzbaren Strom. Da die elektrische Leistung einer einzelnen Zelle für die meisten Anwendungen zu gering ist, werden mehrere Zellen zu einem so genannten Brennstoffzellen-Stack zusammengeschlossen. 

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