Kütuseelementide põhiprintsiibid ja arendamine
Kütuseelement on energia muundamise seade. See põhineb elektrokeemia põhimõttel, see tähendab primaaraku tööpõhimõttel. Kütuses ja oksüdeerijas salvestatud keemiline energia muundatakse isotermiliselt elektrienergiaks ja tegelik protsess on redoksreaktsioon. Kütuseelement koosneb peamiselt neljast osast, nimelt anoodist, katoodist, elektrolüüdist ja välisest vooluringist. Kütusgaas ja oksüdeeriv gaas juhitakse vastavalt kütuseelemendi anoodist ja katoodist. Kütusegaas eraldab anoodil elektrone ja elektronid juhitakse välise vooluahela kaudu katoodile ja ühendatakse ioonide tekitamiseks oksüdeeriva gaasiga. Elektrivälja mõjul rändavad ioonid elektrolüüdi kaudu anoodile, reageerivad kütusgaasiga, moodustavad silmuse ja tekitavad elektrivoolu. Samal ajal tekitab kütuseelement omaenda elektrokeemilise reaktsiooni ja aku sisemise takistuse tõttu teatud koguse soojust. Aku katoodid toimivad lisaks elektronide juhtimisele ka redoksreaktsiooni katalüsaatorina. Kui kütus on süsivesinik, peab anoodil olema suurem katalüütiline aktiivsus. Anoodid ja katoodid on tavaliselt poorne, et hõlbustada reaktsioongaaside läbimist ja toote väljutamist. Elektrolüüt toimib ioonide ülekandmiseks ning kütuse ja oksüdeeriva gaasi eraldamiseks. Kahe gaasi segunemise tõkestamiseks tekitatakse aku sisemine lühis ja elektrolüüdil on tavaliselt tihe struktuur.