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Una cella a combustibile è una cella elettrochimica che converte l'energia chimica di un combustibile (spesso idrogeno) e di un agente ossidante (spesso ossigeno) in elettricità attraverso un paio di reazioni redox. Le celle a combustibile sono diverse dalla maggior parte delle batterie in quanto richiedono una fonte continua di carburante e ossigeno (solitamente dall'aria) per sostenere la reazione chimica, mentre in una batteria l'energia chimica proviene solitamente dai metalli e dai loro ioni o ossidi che sono comunemente già presenti nel batteria, eccetto nelle batterie di flusso. Le celle a combustibile possono produrre elettricità in modo continuo finché vengono forniti carburante e ossigeno.

Esistono molti tipi di celle a combustibile, ma sono tutte costituite da un anodo, un catodo e un elettrolita che consente agli ioni, spesso ioni di idrogeno (protoni) carichi positivamente, di spostarsi tra i due lati della cella a combustibile. All'anodo un catalizzatore fa sì che il combustibile subisca reazioni di ossidazione che generano ioni (spesso ioni idrogeno carichi positivamente) ed elettroni. Gli ioni si spostano dall'anodo al catodo attraverso l'elettrolita. Allo stesso tempo, gli elettroni fluiscono dall'anodo al catodo attraverso un circuito esterno, producendo elettricità in corrente continua. Al catodo, un altro catalizzatore fa reagire ioni, elettroni e ossigeno, formando acqua e possibilmente altri prodotti. Le celle a combustibile sono classificate in base al tipo di elettrolita che utilizzano e in base alla differenza nel tempo di avvio che va da 1 secondo per le celle a combustibile con membrana a scambio protonico (celle a combustibile PEM o PEMFC) a 10 minuti per le celle a combustibile ad ossido solido (SOFC).
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