Palivový článok vyrába elektrinu priamo z elektrochemickej reakcie vodíka a kyslíka zo vzduchu. Celý proces je v podstate opakom elektrolýzy vody. Systém palivových článkov sa skladá z viacerých častí. Jeho „srdcom“je komora, ktorá sa skladá z viacerých tenkých a plochých článkov. Každý článok vyrába energiu, ktorá spolu poháňa vozidlo. Každý článok obsahuje niekoľko vrstiev z rôznych materiálov, zaliate elektrolytom. Dve vrstvy pomáhajú naštartovať chemickú reakciu, nazývajú sa katalyzátory. Vodík po vstupe do článku naráža na prvú katalyzátorovú vrstvu, ktorá spôsobí uvoľnenie elektrónov a protónov z vodíkových molekúl. Protóny postupujú elektrolytom ďalej k druhej katalyzátorovej vrstve, kde reagujú s kyslíkom a vytvárajú vodu. Veľká časť vzniknutej vody sa znovu používa v systéme, menšia časť sa vo forme pary dostáva výfukom do ovzdušia. Uvoľnené elektróny tvoria elektrický prúd a sú odvádzané s článku preč. V článku sú ešte ďalšie vrstvy, nazývané bipolárne platne, ktoré pomáhajú vstupovaniu paliva a vzduchu do článku a odvádzajú elektrický prúd na pohon kolesám.

Palivové články sa rozdeľované hlavne podľa druhu elektrolytu, ktorý používajú. Ten určuje priebeh chemickej reakcie, potrebný druh katalyzátora, rozsah teplôt, v akých bude článok pracovať a ďalšie faktory. Na základe týchto charakteristík sa potom určuje vhodnosť jednotlivých typov článkov pre rôzne praktické nasadenie. Vedci v súčasnosti vyvíjajú viaceré typy, ako najsľubnejšie sa zatiaľ javí sedem typov s nasledujúcimi elektrolytami.

Palivové články ponúkajú vysokú energetickú účinnosť pri nízkej hmotnosti a nízkom potrebnom objeme. Ako elektrolyt používajú tuhý polymér v kombinácii s pórovitými uhlíkovými elektródami a platinovými katalyzátormi. Pre fungovanie nepotrebujú leptavé tekutiny ako niektoré iné typy článkov. PEM palivové články fungujú pri relatívne nízkych teplotách okolo 80 °C. Nižšia operačná teplota umožňuje ich rýchlejší štart a nižšie opotrebenie, a tým dlhšiu trvácnosť. Potreba používať drahé platinové katalyzátory, ktoré sú navyše veľmi citlivé na prítomnosť CO v prípade výroby vodíka z alkoholu alebo uhľovodíkov a vyžadujú prídavný regulátor CO však zvyšujú cenu týchto palivových článkov. Významnou bariérou pri ich používaní je tiež znížená možnosť ukladania potrebného vodíka. Jeho nízka hustota neumožňuje natankovať toľko vodíka, aby vozidlo prešlo rovnakú vzdialenosť na jedno natankovanie ako pri benzínovom motore.

Palivové články používajú ako elektrolyt tekutú kyselinu fosforečnú, obsiahnutú v kremíkovo – uhlíkovej matrici spolu s s pórovitými uhlíkovými elektródami a platinovými katalyzátormi. Sú považované za články „prvej generácie“, v súčasnosti najprepracovanejšie. Ako prvé boli použité komerčne, najčastejšie ako súčasť


energetických generátorov. Palivové články s kyselinou fosforečnou sú menej citlivé na nečistoty ako PEM, sú však aj menej výkonné, väčšie a ťažšie. Kvôli platinovým katalyzátorom sú tiež drahé.

Vodík, používaný v palivových článkoch môže byť dovnútra privádzaný priamo, alebo vyrábaný v rámci článkov z iného na vodík bohatého paliva, ako napr. metanol, etanol alebo uhľovodíkové palivá. Palivové články z metanolom (PCM) sú však zásobované čistým metanolom, ktorý je zmiešavaný s parou a privádzaný priamo na anódu. Vzhľadom k tomu odpadá problém zo zásobovaním, keďže metanol má vyššiu hustotu ako vodík a je tekutý. Technológia čistého metanolu je nová, a jej vývoj je 3-4 roky pozadu oproti vodíkovým palivovým článkom.

Alkalické palivové články (APC) boli vyvinuté ako jedni z prvých a široko používané v americkom vesmírnom programe na produkciu energie pre vesmírne rakety. Ako elektrolyt používajú roztok hydroxidu draselného vo vode a môžu používať katalyzátory z viacerých kovov. APC sa rozdeľujú ešte na dva podtypy a to vysokoteplotné APC, fungujúce pri teplotách 100 – 250 °C a väčšinové nízkoteplotné, ktoré operujú pri teplotách 23 – 70 °C. Sú vysokovýkonné a vysokoefektívne. Ich nevýhodou je potreba čistého vodíka a kyslíka, už malé znečistenie oxidom uhličitým rapídne znižuje výkonnosť článkov. V bežnej komerčnej prevádzke sú teda ekonomicky menej efektívne.

Palivové články s tekutým uhličitanom (PCTU) sú vysokoteplotné články, ktoré ako elektrolyt využívajú tekutý uhličitan umiestnený v poróznej keramickej matrici z oxidu lítiohlinitého (LiAlO2). Fungujú pri vysokých teplotách okolo 650 °C, a ako katalyzátory môžu byť používané lacné materiály, ktoré tak redukujú náklady. K lacnejšej prevádzke prispieva aj zvýšená efektivita. Oproti iným typom PCTU nepotrebujú na výrobu vodíka z iných palív externý reformátor, kvôli vysokej teplote v článkoch môže byť vodík vyrábaný priamo tam a tým sa ešte viac znižujú náklady. Sú tiež oveľa odolnejšie voči CO, CO2 a iným nečistotám ako iné typy. Hlavnou nevýhodou PCTU je trvácnosť. Vysoká teplota a agresívny elektrolyt spôsobujú výrazné opotrebenie súčiastok a znižujú životnosť článkov.

Elektrolytom je v tomto prípade je tvrdá, nepórová keramická zmes. Keďže je elektrolyt pevný, články nie sú konštruované v typickej plochej forme. Palivové články s tuhým oxidom (PCTO) využívajú palivo asi na 60 %, pri opätovnom využití zbytkového tepla rastie využiteľnosť až k 85 %. PCTO operujú pri veľmi vysokých teplotách okolo 1000 °C, čo ponúka tie isté výhody ako v predošlom prípade (použitie lacných kovov, výroba vodíka priamo v článku). PCTO sú tiež najodolnejšie články voči nečistotám, veľmi dobre vzdorujú dokonca aj síre. Vysoká teplota má však aj svoje nevýhody – výrazne pomalší štart a značne nižšia trvanlivosť. Vedci v súčasnosti skúmajú možnosti vývoja nízkoteplotných PCTO s vyššou odolnosťou a výdržou.

Regeneračné palivové články vyrábajú elektrinu z vodíka a kyslíka a teplo a voda vznikajú ako vedľajšie produkty, podobne ako je to pri iných typoch palivových článkov. Regeneračné palivové články však dokážu využiť elektrinu aj zo solárnej energie alebo iného zdroja a nadbytočnú vodu rozdeliť na vodíkové a kyslíkové palivo – tento proces sa nazýva elektrolýza. Je to pomerne nová technológia palivových článkov vyvinutá NASA.