W ogniwie alkalicznym (AFC), którego schemat pokazano na rysunku poniżej, elektrolitem jest wodny roztwór zasady, najczęściej wodorotlenek potasu (KOH). Stosowane są dwa rozwiązania konstrukcyjne ogniw AFC: (A) przestrzeń pomiędzy elektrodami wypełnia membrana azbestowa nasiąknięta roztworem zasady (elektrolit statyczny), (B) elektrolit cyrkuluje w instalacji. Ogniwo, w którym zastosowano 85 % roztwór KOH pracuje w temperaturze 250°C, jeżeli natomiast stężenie roztworu KOH wynosi 35-50 % to temperatura pracy ogniwa jest niższa i wynosi 120°C. Katalizatorem reakcji może być nikiel (Ni), srebro (Ag), związki wolframu, tlenki metali lub metale szlachetne (np. platyna). Anodę stanowi siatka lub porowaty nikiel z maksymalną średnicą porów 16 μm po stronie elektrolitu i 30 μm po stronie gazu, natomiast katodą jest porowaty litowany tlenek niklu NiO z Ag. Paliwem jest wodór (H₂), zaś utleniaczem tlen (O₂). Sprawność wynosi 50 % przy temperaturze otoczenia 20°C.

Schemat poglądowy ogniwa alkalicznego AFC. źródło: www.fctec.com

Reakcja na ANODZIE

2H₂ + 4OH^- → 4H₂O + 4e^-

Reakcja na KATODZIE

O₂ + 2H₂O + 4e^- → 4OH^-

Zalety ogniw AFC to:

• Wysoka sprawność,
• Zastosowanie niedrogich materiałów konstrukcyjnych (węgiel, tworzywa sztuczne),
• Względnie niedrogie katalizatory reakcji elektrodowych.

Wadami tych ogniw są:

• Wrażliwość na dwutlenek węgla (CO₂), w dostarczanych gazach, który powoduje przekształcanie KOH do nierozpuszczalnego węglanu (K₂CO₃), który niszczy porowatą strukturę elektrod i zakłuca podstawową reakcję mogniwa.
• Z powyższego wynika konieczność stosowania H₂ i O₂ o najwyższej czystości, co eliminuje np. możliwość użycia powietrza atmosferycznego jako źródła tlenu.

Pierwsza instalacja systemu ogniw alkalicznych o większej mocy (5 kW) została zbudowana w połowie lat pięćdziesiątych. Była to instalacja z cyrkulującym elektrolitem - 30 % KOH. System pracował w temperaturze 200°C przy ciśnieniu 5 Mpa. Instalacja ta była modyfikowana i wykorzystywana w m.in. w misji Apollo.