عملكرد سلول‌های سوختی متأثر از عوامل متغیری است، كه می‌توان متغیرهای فرآیندی (شامل دما، فشار، تركیب گاز، میزان مصرف واکنش‌دهنده، چگالی جریان)، طراحی سلول و دیگر فاكتورها (شامل ناخالصی‌ها، عمر سلول سوختی) را نام برد. این عوامل بر پتانسیل مطلوب سلول و مقدار افت پتانسیل آن نیز تأثیر می‌گذارد. تغییر در عوامل مزبور می‌تواند اثرات مثبت و یا منفی بر عملكرد سلول داشته باشد. از این‌رو لازم است تناسبی بین پارامترهای عملكرد و عمر مطلوب وجود داشته باشد. در ادامه به تشریح برخی از پارامترهای عملكرد و تأثیر آن بر كارایی سلول سوختی پرداخته خواهد شد.

• چگالی جریان (Current Density)

   در ابتدای كار كه جریان كم است، ولتاژ سلول بالا است و به علت پایین بودن سینتیك (قطبش فعال‌سازی) منجر به كاهش ولتاژ سلول می‌شود. در چگالی‌های جریان بالا، توانایی برای نفوذ كافی مواد واکنش‌دهنده به محل‌های واكنش الكترود وجود ندارد (قطبش غلظتی)، بنابراین عملكرد سریع سلول (عملكرد در چگالی جریان بالا) با كمبود مواد واکنش‌دهنده، كاهش می‌یابد. همچنین ممكن است مشكلاتی در ارتباط با نفوذ فرآورده‌های تولید شده ناشی از واكنش سلول به وجود آید.

   تلفات اهمی، ولتاژ سلول در دامنه عملكرد عادی سلول سوختی عمومیت دارد. تلفات اهمی با رابطه iR مشخص می‌شود كه در این رابطه i جریان و R مجموع مقاومت‌های داخلی سلول است . از این معادله مشخص است كه، تلفات اهمی و در نتیجه تغییر ولتاژ رابطه مستقیم با جریان (چگالی جریان ضرب‌در مساحت سطح سلول سوختی) دارد. چگالی جریان سلول سوختی برحسب mA/cm2 بیان می‌شود. در این صورت با استفاده از پتانسیل سلول می‌توان بازدهی آن را به دست آورد. كاهش چگالی جریان، پتانسیل سلول را افزایش می‌دهد و در نتیجه بازدهی سلول سوختی افزایش می‌یابد. از آنجایی‌که كاهش چگالی جریان مورد نظر است، سطح فعال سلول باید افزایش یابد تا توان مورد نیاز به دست آید. بدین ترتیب طراحی سلول سوختی برای بازدهی بالاتر متضمن افزایش هزینه بیشتری است.

   تنظیم كردن نقطه كاركرد سلول سوختی نزدیك نقطه پیك چگالی توان، منجر به ناپایداری در كنترل سلول می‌شود. چون در محدوده نقطه پیك، سیستم تمایل دارد بین بیشترین چگالی جریان و كمترین چگالی جریان نوسان كند. این اطلاعات به صورت تجربی به دست آمده‌اند. مشخص كردن نقطه كاركرد سلول سوختی، انتخابی است بین هزینه پایین بهره‌برداری (با راندمان بالا كه در شرایط ولتاژ بالا و چگالی جریان پایین رخ می‌دهد) و یا هزینه سرمایه‌گذاری پایین (با مساحت سطح پایین سلول كه منجر به پایین بودن ولتاژ و بالا بودن چگالی جریان می‌شود.)

• دما و فشار

   اثر دما و فشار بر پتانسیل ایده‌ال سلول سوختی را می‌توان بر اساس تغییرات انرژی آزاد گیبس به صورت زیر بررسی نمود:

   چون تغییرات آنتروپی برای واكنش هیدروژن ـ اكسیژن منفی است، پتانسیل برگشت‌پذیر سلول سوختی هیدروژن ـ اكسیژن با افزایش دما، كاهش می‌یابد (حدود mV/°C84/0، با فرض مایع بودن آب تولید شده). برای این واكنش، تغییر در حجم نیز منفی است، بنابراین پتانسیل برگشت‌پذیر با افزایش فشار، افزایش می‌یابد. تغییرات دما، اثرات زیادی بر روی فاكتورهای دیگر نیز دارد. كه می‌توان به مطالب زیر اشاره كرد:

   سرعت واكنش در الكترود، افزایش عملكرد به دلیل تغییر در انواع قطبش سلول است كه عملكرد سلول را با تغییر درجه حرارت، تحت تأثیر قرار می‌دهند، افزایش دما برای عملكرد سلول مفید است، زیرا سرعت واكنش را افزایش می‌دهد.

   تلفات اهمی، تأثیر دما بر روی مقاومت مواد مختلف، متفاوت است. برای فلزات، معمولاً با افزایش دما، مقاومت زیاد می‌شود و برای مواد سرامیكی یونی (ionically conductive ceramics) با افزایش دما، مقاومت كم می‌شود. در مورد الكترولیت‌های آبی (aqueous electrolytes)، افزایش دما موجب تبخیر و آب‌زدایی (dehydration) الكترولیت شده و باعث كاهش رسانندگی الكتریكی الكترولیت می‌شود. به عنوان یك قاعده كلی می‌توان گفت: برای سلول‌های سوختی دما بالا، تأثیر مهم افزایش دما، در كاهش مقاومت الكتریكی سلول است در حالی که در سلول‌های سوختی دما پایین، اثر دما موجب محدود شدن دامنه عملكرد سلول می‌شود.

   افزایش فشار چندین اثر مثبت روی عملكرد سلول سوختی دارد، چون با افزایش فشار جزئی واکنش‌دهنده‌ها، حلالیت گاز و سرعت انتقال جرم افزایش می‌یابد. بعلاوه كاهش الكترولیت در اثر تبخیر، نیز در فشارهای بالاتر كاهش می‌یابد. افزایش فشار، همچنین موجب افزایش بازدهی سیستم می‌شود. به هر حال افزایش فشار تا حدی مفید است كه بتواند بین هزینه تأمین مواد مقاوم برای لوله‌ها و هزینه انرژی مصرف‌شده برای سیستم‌های اضافی جهت تراكم و انرژی حاصل از سلول تعادل برقرار كند.

• اثر واکنش‌دهنده‌ها و تركیب آن‌ها (Reactant Utilization and Gas Composition)

   نوع مواد واکنش‌دهنده و تركیب آن‌ها تأثیر زیادی روی بازدهی سلول سوختی دارد. این مسئله از معادله نرنست بدین ترتیب مشخص می‌گردد كه، سوخت و اكسیدان دارای فشار جزئی بیشتر در واكنش‌های الكتروشیمیایی، پتانسیل بالاتری تولید می‌كنند.

   اما هیدروژن می‌تواند به روش‌های دیگری نیز در سلول مصرف شود، مثلاً در واكنش شیمیایی شركت كند (به طور مثال با اكسیژن و اجزاء سلول) و یا از طریق نشت از سلول خارج شود. مصرف هیدروژن بدون شركت در تولید انرژی الكتریكی توسط سلول سوختی هزینه سوخت را افزایش می‌دهد و به همین ترتیب می‌توان میزان اكسیدان مصرف‌شده را محاسبه نمود؛ اما در كاتد MCFC، دو واکنش‌دهنده، اكسیژن و دی‌اکسید كربن، در واكنش الكتروشیمیایی شركت می‌كنند و اكسیدان مصرف‌شده بر اساس میزان واکنش‌دهنده‌ی محدودکننده، مشخص می‌شود (اكسیژن تأمین‌شده توسط هوا به مقدار اضافی به سلول وارد می‌‌شود و دی‌اکسید كربن محدودکننده است).

   مزیت سلول‌های سوختی با عملكرد در دمای بالا، مثل MCFC این است كه می‌توانند از منواكسید كربن به عنوان سوخت استفاده كنند. اكسایش آندی منواكسید كربن در عملكرد MCFC در مقایسه با اكسایش آندی هیدروژن كند است. بدین ترتیب اكسایش مستقیم منواكسید كربن مطلوب نیست.

   تركیب گاز ورودی به دلیل واكنش الكتروشیمیایی در سلول سوختی تغییر می‌كند و منجر به كاهش پتانسیل سلول می‌شود. این كاهش پتانسیل نتیجه تنظیم پتانسیل سلول با كمترین پتانسیل الكترود داده شده است كه به وسیله معادله نرنست برای تركیبات مختلف گاز در خروجی محفظه آند و كاتد بیان شده است. چون‌که الكترودها معمولاً رسانای الكتریكی خوبی هستند و سطوح ایزوپتانسیل می‌باشند، پتانسیل سلول نمی‌تواند از مقدار حداقل آن‌که همان پتانسیل نرنست است، تجاوز كند. در حالتی كه در سلول سوختی جریان سوخت و اكسیدان هم‌جهت باشند، حداقل پتانسیل نرنست در خروجی سلول اتفاق می‌افتد. وقتی‌که جریان گازها (سوخت و اكسیدان)، متقاطع یا رودررو باشند، تعیین موقعیت پتانسیل حداقل، كار ساده‌ای نیست.