Aunque se trata de un invento que se atribuye a Sir William Groove en 1839, no despertó interés hasta la carrera espacial, por la necesidad de conseguir electricidad con bajo peso. Primero en las misiones Gemini y después en las Apollo (que llevaron al hombre a la Luna), la pila de combustible demostró su utilidad (proporcionaban electricidad y agua potable) y posibilidades comerciales. No obstante, quedaba mucho camino por recorrer, puesto que el coste de estas primeras unidades era astronómico por el mal aprovechamiento que hacían de los metales caros que necesitaba (platino o paladio). Las pilas actuales utilizan 25 veces menos platino que las utilizadas en las misiones espaciales.

Existen varios tipos de pilas en función del electrolito que usen, el material que se interpone entre los electrodos de la pila. Prácticamente todas extraen energía de la combinación de hidrógeno y oxígeno, y se pueden dividir en dos grupos bien diferenciados: las que funcionan por debajo de 200º C y las que funcionan por encima de dicha temperatura. Simplificando, cuanto mayor es la temperatura de funcionamiento, más barato es el electrolito. Por un lado es una ventaja, y por otro no. Y es que no se puede tener todo.

Las pilas que se barajan para su utilización en el automóvil son del mismo tipo que las que se usaron en las misiones Gemini, las de intercambio de protones (PEM: Polymer Electrolite Membrane o Proton Exchange Membrane, se conoce de las dos maneras); son pilas que no necesitan hidrógeno y oxígeno puros. El tipo de pila de las misiones Apollo, por el contrario, requería elementos puros, algo que en una nave espacial no es problema (son combustible y comburente de los cohetes) pero en un automóvil sí. La pila de tipo PEM puede funcionar, en principio, con cualquier tipo de hidrocarburo y aire. Otra ventaja de cara a su uso en automoción es que trabaja a baja temperatura (unos 65º C), lo que garantiza poco tiempo para la puesta en marcha. El mayor especialista en este tipo de pilas es Ballard Power Sytem.

En el caso de usar este tipo de pilas, la propulsión del vehículo sobre el que van montadas es eléctrica, no es preciso un motor de combustión. Tampoco son necesarias las baterías para almacenar energía, como ocurre en algunos coches híbridos. La pila suministra tanta electricidad —dentro de sus límites— como requiera el conductor en cada momento. No obstante, sí necesita baterías para calentar la pila hasta su temperatura de funcionamiento.

La propulsión no es la única aplicación posible para la pila. BMW y Renault, en colaboración con Delphi automotive, plantean utilizar una pila de combustible como fuente auxiliar de energía eléctrica, en lugar de la batería. El consumo eléctrico en un automóvil se ha incrementado mucho en estos últimos años, y todo indica que seguirá creciendo (pincha aquí para ver un articulo sobre esto). Por ello, puede ser rentable usar un generador muy eficiente, en lugar de emplear al motor de combustión como generador. Una pila puede funcionar con el mismo fluido del motor de combustión (gasolina o metanol), pero con un rendimiento mucho mayor.

Para ello, Delphi ha elegido un tipo de pila denominada de oxido sólido (SOFC: Solid Oxide Fuel Cell). Utiliza un electrolito hecho con materiales más baratos que la PEM pero, en contrapartida, precisa una temperatura de funcionamiento muy superior (entre 900-1000ºC). La razón de que estas pilas no hagan competencia a las anteriores estriba en que, de cara a un uso en automoción, alcanzar esta temperatura ralentiza mucho el periodo de arranque, dado que la pila no produce electricidad hasta pasados varios minutos. Sin embargo, utilizándola como una fuente de energía auxiliar, esta característica no constituye un inconveniente insalvable.

Ambos tipos de pilas tienen un rendimiento parecido (del orden del 60%) y son capaces de generar aproximadamente la misma potencia por volumen de pila, en torno a 1.5 kW por litro.