对于燃料电池而言，热力学可以预言一个燃料电池的化学反应是否能够自发地发生，还能告诉我们一个反应中所能产生的电压的理论上限。

内能U：温度体积不变的情况下建立一个系统所需的能量。

内能是与微观的运动和分子、原子量级上微粒的相互作用有关的能量。内能跟原子尺度上的微观运动（动能）和粒子之间的相互作用（化学能）有关。例如一罐静止的氢气是没有外在的能量的，但是在微观角度上看，它有很大的内能。罐子中的氢气是一阵氢分子旋涡风，分子的速度高达每秒几百米，并且氢原子之间的化学键也存在一定的能量。

焓（H）：建立一个系统所需的能量加上为系统创建相应的空间的功。

亥姆霍兹自由能（F）：在温度不变时，建立一个系统所需的能量减去系统可以从周围环境中自发传热而获取的能量。

吉布斯自由能（G）：建立一个系统所需的能量加上为系统创建相应空间的功，再减去系统可以从周围环境中自发传热而获取的能量。

反应焓：与任何化学反应相关的焓变称之为反应焓，反应焓是在常压条件下系统的热潜能。

吉布斯自由能：燃料的做功潜能，在恒温恒压下（燃料电池通常在恒温恒压下进行反应），一个系统能输出的最大电功为该过程中吉布斯自由能变化的负值。

ΔG<0自发进行；

ΔG=0平衡；

ΔG>0不能自发进行；

在标准状态下（指的是室温和一个标准大气压条件下），热力学预测的氢-氧燃料电池可获得的最大电压为E0=1.23V，如若需要更大的电压，就需要将若干个氢-氧燃料电池串联起来提供。

在非标准状态下，氢-氧燃料电池的可逆电压会随着温度的升高而有所降低，电池温度每升高100℃，电压电池大概下降0.023V。虽然燃料电池的可逆电压会随着温度的升高而降低，但由于后续的燃料电池的热力学损耗的影响，实际工作中的电池的电压性能会随着温度的升高而有较为明显的提高。

在非标准状态下，氢-氧燃料电池的可逆电压随着压强的增大而有略微的增大。但是通过给燃料电池加压而使得可逆电压增大的行为在热力学角度上看是不值得的。

在任意温度和任意压强条件下，氢-氧燃料电池的可逆电压计算公式如下：

其中E0=1.23V，R为理想气体常数8.314J/（mol.K），F为法拉第常数96485C/mol，T为反应时的温度，T0为室温298.15K（即25℃）；

P（H2）指的是氢气的分压，例如当输入到燃料电池的纯氢气的压强为3atm（即3个标准大气压）时，P（H2）=3atm；

P（O2）指的是氧气的分压，例如当输入到燃料电池的空气的压强为5atm时（即5个标准大气压）时，因为氧气占空气中21%，所以P（O2）=5 x 0.21=1.05atm，注：