Elektrischer Wirkungsgrad      

Warum das Potential der Brennstoffzelle so groß ist, wird nun mit Hilfe der grundlegenden Gesetze der Thermodynamik und der Thermochemie gezeigt. Die Effizienz verschiedener Systeme wird durch den Wirkungsgrad beschrieben. Der ideale Wirkungsgrad ist dadurch begrenzt, dass die Entropie bei freiwillig ablaufenden Prozessen zu nehmen muss (2.Hauptsatz der Thermodynamik). Wenn Energie umgewandelt wird, wird daher ein Teil der zugeführten Energie als Entropie abgegeben und lässt sich nicht in nutzbare Energieformen umwandeln. Bei mechanischen Systemen wird der ideale Wirkungsgrad mit dem Carnot-Wirkungsgrad berechnet. Der ideale Wirkungsgrad einer chemischen Reaktion ist das Verhältnis der Änderung der freien Enthalpie (ΔG) und der Änderung der Standardbildungsenthalpie (ΔH).

Selbstverständlich können diese maximalen Wirkungsgrade nur einen Anhaltspunkt für das Potential der PEMFC geben, denn es gibt noch viele weitere Faktoren, die den Wirkungsgrad verringern. Es lässt sich jedoch leicht berechnen, dass Brennstoffzellen bei niedrigeren Temperaturen weitaus effizienter sein können, als Verbrennungsmaschinen. Bei den Temperaturen, die für gewöhnliche Anwendungen benötigt werden, ist die PEMFC also überlegen. Ihr realer elektrischer Wirkungsgrad ist mit ca. 60% bereits heute deutlich über dem Niveau von normalen Kraftwerken (30-40%), die zudem noch weitaus höhere Temperaturen benötigen. Die PEMFC wird nur noch von modernen Gasturbinen übertroffen.