Polttokennot muuttavat kemiallisen energian sähköksi. Ne ovat toiminnaltaan samanlaisia kuin paristot, paitsi että polttokennon kemialliset reagenssit voidaan täydentää, kun ne loppuvat. Polttokennolle on tyypillisesti tunnusomaista käytetyn elektrolyytin tyyppi, sen käyttölämpötila ja mahdolliset sovellukset. Suurin osa polttokennoja koskevasta tutkimuksesta on keskittynyt autosovelluksiin, vaikka niitä tutkitaan myös avaruustutkimuksia varten.
Polttokennon tärkeä ominaisuus on käytetty elektrolyytti. Polttokennon elektrolyytti yhdistää polttoaineen ja hapettimen sähköisesti pitäen ne fyysisesti erillään. Polttokennotekniikassa käytetyt elektrolyytit voivat olla joko nestemäisiä tai kiinteitä, mikä johtaa erilaisiin suunnitteluetuihin ja haasteisiin.
Hyödyllinen tapa polttokennojen luokittelussa on niiden käyttölämpötila. Monet mallit, kuten kiinteän oksidin polttokenno, vaativat korkeita käyttölämpötiloja korkean energiatehokkuuden saavuttamiseksi. Reaktiot näissä korkeissa lämpötiloissa voivat usein muuttaa enemmän sisäistä kemiallista energiaa sähköksi sen sijaan, että menettäisimme paljon energiaa hukkalämmön kautta. Polttokennot, joiden käyttölämpötila on alhaisempi, ovat sitä vastoin tyypillisesti kannettavampia. Polymeerinvaihtokomponentteja (PEMFC) tutkitaan niiden lupaavan sovelluksen suhteen kuljetuksissa.
PEMFC: t voivat saavuttaa suhteellisen korkean hyötysuhteen, kun ne toimivat alle 212 asteen (100 asteen) lämpötilassa. Näin alhainen käyttölämpötila mahdollistaa polttokennon nopean käynnistymisen. Tämän tyyppisissä polttokennoissa käytetään myös kiinteää muovikalvoa elektrolyyttinä, mikä tekee polttokennon tiivistämisestä yksinkertaisempaa kuin muuntyyppisille elektrolyytteille. Tämä ominaisuuksien yhdistelmä on tehnyt PEMFC: stä ihanteellisen ehdokkaan polttomoottorien korvaamiseen.
Jotkut ovat arvelleet, että polttokennot korvaavat lopulta bensiinipohjaiset kuljetusjärjestelmät kokonaan. Öljyn sijasta veteen perustuvalla taloudella voisi olla useita keskeisiä etuja. Ensinnäkin ajoneuvojen päästöt rajoittuisivat vesihöyryyn, mikä ei ole ilmeinen ympäristöuhka. Toiseksi vetyä käyttävät ajoneuvot voivat lopulta osoittautua tehokkaammiksi polttoaineen massayksikköä kohti. Lopuksi vedyn saanti voisi mahdollisesti olla uusiutuva luonnonvara, toisin kuin fossiiliset polttoaineet, jotka eivät ole uusiutuvia.
Alkalisia polttokennoja käytetään avaruustutkimuksessa, mukaan lukien Apollo -avaruuslennot kuuhun. Ne yhdistävät vetyä ja happea sähkön tuottamiseksi, vapauttaen lämpöä ja vettä prosessissa. Tämän tyyppisessä polttokennossa elektrolyyttinä käytetään emäksistä vesiliuosta. Alkalipolttokennojen tekniikka on korkealla tasolla ja niiden hyötysuhde voi olla jopa 60%. Näiden polttokennojen kustannukset ovat kuitenkin estäneet niiden laajamittaisen käyttöönoton maanpäällisissä sovelluksissa.