Maksymalna praca użyteczna reakcji chemicznej (maksymalna praca elektryczna uzyskana w wyniku reakcji chemicznych zachodzących w ogniwie paliwowym - L_el,max) jest równa zmianie potencjału termodynamicznego (swobodnej entalpii Gibbsa):

L_el,max = – ΔG_o = ΔH – TΔS

gdzie:
-ΔG_o – zmiana entalpii swobodnej (entalpii swobodnej Gibbsa) [J/mol],
ΔH – ciepło reakcji procesu chemicznego (zmiana entalpii) [J/mol],
T – temperatura bezwzględna, w której zachodzi reakcja [K],
ΔS – zmiana entropii.

W przypadku ogniwa paliwowego praca związana jest z przebiegajacą w nim reakcją redox. Przyjmując, że przereagują stechiometryczne ilości reagentów oraz, że tej reakcji towarzyszy przepływ przez obwód zewnętrzny "n" moli elektronów, wielkość ładunku wyniesie nF, gdzie F oznacza stałą Faradaya. Jeśli ogniwo jest dodatkowo w stanie równowagi termodynamicznej, to napięcie "U" jest równe sile elektromotorycznej "E_o". Wówczas praca maksymalna, która może być wykonana przez ogniwo, czyli ujemna z punktu widzenia układu, wyniesie:

L_el,max = – nFE_o

gdzie:
F – liczba Faradaya = 96485,34 C (Culombów),
n – liczba elektronów oddzielających się od jednej cząsteczki substancji czynnej (ilość elektronów biorąca udział w reakcji redox),
E_o – siła elektromotoryczna ogniwa (SEM) [V].

Z drugiej strony wiadomo, że zmiana entalpii swobodnej (ΔG) jest dla procesów izotermiczno-izobarycznych, prowadzonych w sposób odwracalny, równa pracy nieobjetościowej, towarzyszącej tej przemianie, a zatem:

ΔG_o = – nFE_o

Wyrażajżc siłę elektromotoryczną (E) w woltach, a stałą Faradaya (F) w kulombach, otrzymujemy wartość entalpii swobodnej (ΔG w dżulach).

Sprawność przekształcania energii chemicznej na elektryczną dla ogniwa paliwowego jest równa (dla warunków standardowych):

Do oceny ogniw paliwowych wprowadza się także inne miary sprawności (efektywności):

1. Sprawność elektrochemiczna ogniwa paliwowego

2. Sprawność prądowa (Faraday’a)

gdzie:
I – prąd w obwodzie zewnętrznym [A]],
I_t – jego wartość teoretyczna [A]].

Zestawienie podstawowych wartości ∆H, ∆G_o, E_o, n (liczba elektronów) dla wybranych reakcji chemicznych (T = 298 K, 0,1 MPa).

Warunki normalne Ściśle określona temperatura i ciśnienie otoczenia, które stanowią rodzaj punktu odniesienia do niektórych obliczeń fizyko-chemicznych. Ciśnienie: p = 101325 Pa = 1013,25 hPa = 1 atm Temperatura: T = 273,15 K = 0 °C

Warunki standardowe Ściśle określona temperatura i ciśnienie otoczenia, które stanowią rodzaj punktu odniesienia do rozmaitych obliczeń fizyko-chemicznych. Ciśnienie: p = 1 bar = 1000 hPa Temperatura: T = 298,15 K = 25 °C