در یک پیل سوختی، به طور پیوسته هیدروژن بـه الکتـرود آنـد و اکسـیژن بـه الکترود کاتد تزریق میشود و واکنشهای الکتروشیمیایی در الکترودها انجام شده و با ایجاد پتانسیل الکتریکی جریان الکتریکـی برقـرار مـی گـردد . اگرچـه پیلسوختی اجزاء و ویژگیهای مشابه یک باطری را دارد امـا از بسـیاری جهـات با آن متفاوت است. باطری یک وسیله ذخیـره انـرژی اسـت و بیشـترین انـرژی قابل استحصال از آن به وسیله میزان مـاده شـیمیایی واکـنش دهنـده کـه در خود باطری ذخیره شده است (عموماً در الکترودها) تعیین مـی شـود . چنانچـه ماده واکنش دهنـده در بـاطری کـاملاً مصـرف شـود، تولیـد انـرژی الکتریکـی متوقف خواهد شد (باطری تخلیه مـی شـود ).
در بـاطری هـای نسـل دوم مـاده واکنش دهنده با شارژ مجـدد، دوبـاره احیـا مـی شـود کـه ایـن عمـل مسـتلزم تأمین انرژی از یک منبع خارجی است. در این حالت نیز انرژی الکتریکی ذخیـره شده در باطری محدود و وابسته به میزان ماده واکنش دهنـده در آن خواهـد بود. گاز اکسید کننده نظیر هـوا یـا اکسـیژن خـالص در الکتـرود کاتـد کـه بـا صـفحه الکترولیـت در تمـاس اسـت جریـان پیـدا مـیکنـد و بـا اکسیداسـیون الکتروشیمیایی سوخت که معمـولاً هیـدروژن اسـت و بـا احیـاء اکسـید کننـده انرژی شیمیایی گازهای واکنشگر به انرژی الکتریکی تبدیل میشود.
از نظر تئوری، هر مادهای که به صورت شیمیایی قابـل اکسـید شـدن باشـد و بتوان آن را به صورت پیوسته (به صورت سیال) به پیلسـوختی تزریـق کـرد، میتواند به عنوان سـوخت در الکتـرود آنـد پیـل سـوختی مـورد اسـتفاده قـرار گیرد. به طـور مشـابه مـاده اکسـید کننـده سـیالی اسـت کـه بتوانـد بـا نـرخ مناسبی احیا شود . گاز هیدروژن به دلیل تمایل واکنش دهندگی بالا به همراه چگالی انرژی بـالا به عنوان سوخت ایدهآل در پیلسوختی مورد استفاده قرار میگیرد. هیـدروژن را میتوان از تبدیل هیدروکربنها از طریـق واکـنش کاتالیسـتی، تولیـد و بـه صورتهای گوناگون ذخیره سازیکرد. اکسـیژن مـورد نیـاز در پیـل سـوختی بـه طور مستقیم از هوا تهیـه مـ یشـود . بـر روی سـطح الکترودهـای آنـد و کاتـد پیلسـوختی واکـنش اکسیداسـیون و احیـاء در ناحیـه سـه فـازی (و در صـورت جامد بـودن الکترولیـت دو فـازی ) نزدیـک سـطح مشـترک واکـنش دهنـده هـا، کاتالیست و الکترولیت صورت میگیرد.
این ناحیه سه فـازی نقـش مهمـی در عملکرد الکتروشیمیایی پیلسوختی به ویـژه پیـل هـای سـوختی بـا الکترولیـت مایع دارد. در اینگونه پیل هایسوختی، گازهای واکنش دهنده از میان یک لایه نازک از الکترولیت که سطح الکترودهای متخلخل را پوشانده است عبور کـرده و واکنش الکتروشیمیایی مناسب روی سطح الکترود مربوطه انجام مـی شـود . چنانچه الکترود متخلخل حاوی مقادیر بیش از حد الکترولیت باشد الکتـرود در 3 اصطلاح غرق شـده و بـه ایـن ترتیـب انتقـال واکنشـگرهای گـازی محلـول در الکترولیــت بــه مکــان هــای واکــنش محــدود مــی شــود. در نتیجــه عملکــرد الکتروشیمیایی الکترود متخلخل تضعیف مـی شـود .
لـذا ضـروری اسـت کـه در ساختار الکترودهای متخلخل یک تعادل مناسب بین الکترود، الکترولیـت و فـاز گازی ایجاد شود . تــلاشهــای اخیــر جهــت بهبــود عملکــرد واکــنش الکتــرو شــیمیایی، کــاهش هزینههای تولید، کاهش ضخامت اجزای پیلسوختی و در عـین حـال اصـلاح و بهبود ساختار الکترودها و فاز الکترولیـت متمرکـز شـده اسـت . الکترولیـت بـا هـدایت یـونهـا بـین الکترودهـا سـبب تکمیـل مـدار الکتریکـی پیـلسـوختی میشود. الکترولیت یک مانع فیزیکی بین سوخت و گاز اکسیژن ایجاد میکنـد و مانع اختلاط مستقیم آنهـا مـی شـود . وظیفـه صـفحات الکتـرود متخلخـل در پیلسوختی شامل موارد زیر است:
1ـ ایجاد یک سطح فعال و مناسب که واکـنش هـای الکتروشـیمیایی روی ایـن سطوح انجام میشود
. 2ـ هدایت یونهای حاصل از واکنش به داخل یا خارج از ناحیه تبادل سه فـازی و انتقــال الکتــرونهــای تولیــدی بــه مــدار خــارجی (الکترودهــا بایــد هــدایت الکتریکی خوبی داشته باشد ). برای افـزایش سـطح تمـاس واکـنش دهنـده هـا بـا کاتالیسـت لازم اسـت کـه ساختار الکترود، متخلخل بوده و میزان سطح در دسترس و پوشش داده شده توسـط کاتالیسـت نسـبت بـه حجــم الکتـرود زیـاد باشـد . سـاختار متخلخـل، دسترسی راحت اجزاء واکنش دهنده به مراکز فعال را میسر میسازد .
نرخ واکنشهای الکتروشیمی با افزایش دما افزایش پیدا می ،کند لذا خاصیت کاتالیزو یر الکترودهـا در پیـل هـای سـوختی دمـا پـایین از اهمیـت بیشـتری در مقایسه با پیلسوختی دما بالا برخوردار اسـت . الکترودهـای متخلخـل بایـد در هر دو طرف تماس با الکترولیت و گازهای واکنشدهنده، نفوذپذیر باشـند تـا حدی که توسط الکترولیـت اشـباع نشـده و بوسـیله گازهـای واکـنش دهنـده خشک نشوند .
در نهایت این تلاشها منجر بـه ایـن شـد کـه پیلهـای سـوختی جامد اکسیدی مورد بررسی قرار بگیرند . همانطور که گفته شد تـلاش مـی شـود تـا انـرژی لازم بـرای فعالیـت وسـایل اتومبیل ها که در حال حرکت هستند از پیـل هـا گرفتـه شـود .امـا تـلاش مـی شود تا همه دستگاههای اتومبیـل (از قبیـل پمـپ هـا، فـن هـا و …) کـه بـه صورت مکانیکی تغذیه می شوند از این به بعد بـه صـورت الکتریکـی تغذیـه شوند. زیرا هم باعث کاهش آلودگی صوتی می شود و هم در مصـرف حـدود 8% سوخت صرفه جویی می شود. همچنین می توان از این پیلها برای تغذیه ی ماشینهای یخچال دار مواد غذایی نیز استفاده کرد
