Gorivne celice se v svoji osnovi zdijo idealen vir energije, saj temeljijo na enostavni kemično-električni reakciji – na obrnjeni elektrolizi vode. So poleg naprav, ki izkoriščajo naravne elemente (hidroelektrarna – voda) najčistejši obstoječi način pridobivanja električne energije, mogoče jih je polniti, ter imajo zelo visok izkoristek.
Teoretična podlaga gorivne celice je poznana že vsaj 100 let. Pri običajni elektrolizi z vloženo električno energijo pridobivamo vodik in kisik, v gorivni celici pa poteka obratna kemična reakcija. Celica je sestavljena iz dveh elektrod, med katerima je prevodna snov – elektrolit. V gorivno celico na anodo dovajamo vodik, na katodo pa kisik. Vodik se razcepi na vodikove ione (protone) in proste elektrone. Ena molekula vodika nam da dva prosta elektrona, ti prosti elektroni pa nato tečejo na katodo (električni tok). Na njej se vodikovi ioni, elektroni in kisik združijo v vodo. Danes poznamo več vrst gorivnih celic. Ločijo se po vrsti goriva, vrstah in materialih katod, vrstah elektrolitov, delovnih temperaturah ipd.
Gorivne celice niso toplotni stroj, saj električno energijo proizvajajo neposredno, njihova najočitnejša prednost, poleg prijaznosti do okolja, pa je njihov veliki izkoristek. Fizikalno je izkoristek razmerje med delom, ki ga stroj opravi, in energijo, ki jo vanj vložimo. Motorji z notranjim izgorevanjem so glede tega zelo potratna zadeva, saj pri njih izkoristek v večini primerov ne preseže 30 odstotkov. Dve tretjini energije goriva, se kot toplota izgubi v okolico. Vsi klasični izvori električne energije (termoelektrarne, jedrske elektrarne) energijo goriva najprej pretvorijo v toploto in nato to v mehansko energijo s pomočjo parne turbine, ki poganja generator. Vsi toplotni stroji, torej vse, kar za pridobivanje mehanske energije uporablja izvor toplotne energije, so omejeni z entropijskim zakonom, ki pravi, da je izkoristek podvržen formuli 1-T1/T2 – razmerje med temperaturo okoliškega zraka in temperaturo gorivnih plinov. Tudi pri delovanju gorivnih celic se sprošča toplota, a celice kljub vsemu niso toplotni stroji, saj električno energijo pridobivajo neposredno. Izkoristek gorivnih celic je odvisen od tipa celice, a tudi pri najslabših ne pade pod 30 odstotkov. Zgornja meja brez dodatne uporabe sproščene toplote pa se giblje okoli 60 odstotkov. Če za pridobivanje električne energije uporabimo tudi sproščeno toploto (pridobivanje pare in pogon parnih turbin), pa se ta dvigne celo do 85 odstotkov.
Velika prednost gorivnih celic, v času globalnega segrevanja ozračja pa je dejstvo, da te veliko manj obremenjujejo okolje kot drugi stroji. V idealnem primeru uporabe nastane le neškodljiva voda, ki jo mimogrede lahko uporabimo za zalivanje vrta. Tudi pri tistih celicah, ki sproščajo škodljive pline, je njihova količina bistveno manjša kot na primer pri motorjih z notranjim izgorevanjem. Zato so idealne za uporabo v vozilih. S pogonom na gorivne celice se namesto motorja na fosilna goriva uporablja blok gorivnih celic. Električna energija se shranjuje v posebnih akumulatorjih, ki so vir energije za elektromotorni pogon vozil.
Ključna ovira na poti do množične uporabe gorivnih celic tako v vozilih, kot tudi drugih mobilnih napravah, ki porabljajo električno energijo (mobilni telefoni, prenosni računalniki) je predvsem cena vodika. Le-tega se največ pridobiva iz zemeljskega plina ali kot stranski produkt pri elektrolizi. Cena kilograma vodika se tako giblje med 9 in 20 evri, odvisno od oddaljenosti distribucijskega vira. Poleg dragega pridobivanja vpliva na ceno tudi kompleksna in draga tehnologija za skladiščenje. Kljub temu se cenovna razlika med klasičnimi fosilnimi gorivi in vodikom, zmanjšuje zaradi novih tehnologij in visokih izkoristkov. S petimi kilogrami vodika naj bi sedaj avtomobil prevozil med 400 in 500 kilometrov.
