Načelo delovanja vodikovih gorivnih celic je v bistvu obratna reakcija elektrolizirane vode. Že v tridesetih letih 19. stoletja so tuji znanstveniki ugotovili povratno reakcijo elektrolizirane vode in generiranja električnega toka. V preteklosti so se gorivne celice uporabljale predvsem na posebnih področjih, kot je letalstvo. V zadnjem desetletju so z vse večjo ozaveščenostjo o globalnem varstvu okolja, zmanjšanju porabe energije in trajnostnem razvoju začele gorivne celice prejemati pozornost in razvoj.
Delovni proces vodikove gorivne celice je tehnologija, ki združuje vodik s kisikom v zraku v vodo H2O in sprošča električno energijo. Odlikujeta ga nizka delovna temperatura in hiter zagon. Še posebej je primeren za uporabo kot napajalna baterija.
Korak 1: vodik doseže anodo skozi cev ali ploščo za usmerjanje zraka. Pod delovanjem anodnega katalizatorja se molekule vodika ionizirajo v pozitivno nabite vodikove ione (protone) in sprostijo negativno nabite elektrone.
2. korak: Vodikovi ioni prehajajo skozi elektrolit (membrana za izmenjavo protonov) do katode, elektroni pa skozi zunanje vezje do katode. Elektroni tvorijo tok v zunanjem tokokrogu in prek ustreznih povezav se lahko električna energija odda bremenu.
3. korak: Na drugem koncu baterije pride kisik (zrak) do katode skozi cev ali ploščo za usmerjanje zraka. Pod delovanjem katodnega katalizatorja kisik reagira z vodikovimi ioni in elektroni, da ustvari vodo.
Obstaja veliko vrst gorivnih celic, razlika med njimi pa je elektrolit. Vodikova gorivna celica je sestavljena iz bipolarne plošče (anoda, katoda) in membrane za izmenjavo protonov. Vodikovo gorivo se oksidira na anodi, oksidant se reducira na katodi, membrana za izmenjavo protonov pa služi kot elektrolit. Oba pola vsebujeta katalizatorje, ki pospešijo elektrokemične reakcije na elektrodah.