Las pilas de combustible son dispositivos electroquímicos que transforman la energía química directamente en energía eléctrica. Aunque con diferencias según el tipo, la unidad fundamental de una pila de combustible se compone de dos electrodos conductores electrónicos separados por un electrolito conductor iónico. Los reactivos, oxígeno e hidrógeno, reaccionan de forma separada en cada electrodo.
Para que estas reacciones tengan lugar es necesario que haya un catalizador tanto en el cátodo como en el ánodo. En total resulta la reacción del hidrógeno que ya hemos visto antes.
A nivel microscópico, lo que ocurre es que cada molécula de hidrógeno en el ánodo se convierte, con ayuda del catalizador en dos iones positivos de hidrógeno o protones (2H+) y dos electrones (e-). Ambos, electrones y protones, van al cátodo para reaccionar con moléculas de oxígeno y formar agua, pero siguen caminos distintos. Los protones pasan a través del electrolito mientras que los electrones lo hacen por un circuito eléctrico externo, generando así una corriente eléctrica.
En definitiva, en una pila de combustible tiene lugar la combinación del hidrógeno y el oxígeno, sin que las moléculas de hidrógeno y oxígeno entren en contacto, y la energía de la reacción da lugar a una corriente eléctrica: se ha producido electricidad.
Uniendo varias estructuras idénticas a la descrita (monocelda*), es posible sumar potencias, dando lugar a lo que se conoce como un "stack".
Finalmente, es necesaria una estructura que posibilite la circulación y suministro de los gases, disipe el calor generado e incorpore los terminales para utilizar la electricidad producida. La tecnología de las pilas de combustible presenta las siguientes ventajas frente a otros sistemas tradicionales:
Alta eficiencia energética: Las pilas de combustible tienen mayor eficiencia que otras formas de conversión de energía, como los motores de combustión.
Bajo nivel de contaminación medioambiental: Al funcionar con hidrógeno como combustible, el proceso electroquímico no produce emisión de gases contaminantes (óxidos de nitrógeno y azufre, hidrocarburos insaturados, etc.). Tampoco hay contaminación acústica, ya que al no haber partes móviles, las pilas de combustible no producen ruido.
Carácter modular: La disponibilidad de las pilas de combustible como módulos independientes supone una ventaja adicional, ya que un cambio de escala en la potencia requerida se consigue fácilmente mediante la interconexión de módulos.
Flexibilidad de operación: Una pila de combustible puede funcionar con alto rendimiento y sin interrupción en un amplio rango de potencias suministradas. Esto no ocurre así con otros métodos de conversión de energía.
