燃料电池由一个负充电的电极(阳极)、一个正充电的电极(阴极)和一个电解质膜组成。氢在阳极氧化，氧在阴极减少。质子经电解质膜从阳极传送至阴极，电子经外部电路传送至阴极。在阴极，氧与质子和电子发生反应，形成水并产生热。阳极和阴极都含有催化剂，以加速电化学过程。

反应物通过扩散和/或对流传送至含有催化剂的电极表面，在之上发生电化学反应。对各种不同类型的燃料电池而言，有半个电池的反应是不同的，但总的反应是类似的。必须持续不断地移去燃料电池产生的水和废热，这些可能是某些燃料电池工作过程中面临的关键问题。

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