以氫氣作燃料、氧氣作氧化劑的一類燃料電池。氫氧從外部通過管道輸入電池進行電化學反應並輸出電能。氫氧燃料電池的理論比能量達3600瓦·時／公斤。單體電池的工作電壓一般為0.8～0.97伏，為瞭滿足負載所需的工作電壓，往往由幾十個單體電池串聯成電池組。
電池組組成 為維持電池的正常運轉，須持續供應氫和氧，及時排除反應產物（水）和廢熱。電池組由以下幾部分組成：①氫氧供給分系統：航航天器攜帶的氫和氧采用超臨界液態貯存，可縮小貯罐體積，解決失重條件下氣、液態的分離問題，但要求貯罐絕熱性能好、耐低溫、耐高壓（氧罐為6兆帕、氫罐為3～3.5兆帕）。②排水分系統：主要有動態排水和靜態排水兩種方式。前者把帶有水蒸氣的氫氣循環輸送到冷卻裝置，使水蒸氣冷凝成水進行分離；後者依靠多孔纖維編織材料（如燈芯）將冷凝後的水吸附出來，又稱燈芯排水。電池組排出的水經凈化後可供航天員飲用或作冷卻劑。③排熱分系統：電池組通過冷卻劑（如乙二醇水溶液）循環，將廢熱帶到輻射器向外排放，以維持電池組正常工作的溫度范圍。④自動控制分系統：包括電池組工作壓力、溫度、排水與排氣、電壓、安全和冷卻液循環等的控制與調節。所測量的參數傳送到航天員座艙的顯示器或由遙測設備發回地面。當電池組出現故障時，自動切換到備份電池組供電。
電池分類 氫氧燃料電池按電池結構和工作方式分為離子膜、培根型和石棉膜三類。
①離子膜氫氧燃料電池：用陽離子交換膜作電解質的酸性燃料電池，現代采用全氟磺酸膜。電池放電時，在氧電極處生成水，通過燈芯將水吸出。這種電池在常溫下工作、結構緊湊、重量輕，但離子交換膜內阻較大，放電電流密度小。
②培根型燃料電池：屬堿性電池。氫、氧電極都是雙層多孔鎳電極(內外層孔徑不同)，加鉑作催化劑。電解質為80％～85％的苛性鉀溶液，室溫下是固體，在電池工作溫度(204～260°C)下為液體。這種電池能量利用率較高，但自耗電大，起動和停機需較長的時間（起動需24小時，停機17小時）。
③石棉膜燃料電池：也屬堿性電池。氫電極由多孔鎳片加鉑、鈀催化劑制成，氧電極是多孔銀極片，兩電極夾有含35％苛性鉀溶液的石棉膜，再以有槽鎳片緊壓在兩極板上作為集流器，構成氣室，封裝成單體電池。放電時在氫電極一邊生成水，可以用循環氫的辦法排出，亦可用靜態排水法。這種電池的起動時間僅15分鐘，並可瞬時停機。
三種電池的主要性能
再生式氫氧燃料電池 將電池反應產物（水）通過電解器轉變成反應物（氫和氧），再重復使用以產生電能的燃料電池，由燃料電池和電解器兩部分組成。可以作為大功率太陽電池陣電源系統的貯能裝置。有日照時，太陽電池陣提供電能給航天器負載，還用於將水電解成氫和氧，使部分電能貯存起來。航天器進入陰影區太陽電池不能發電或供電不足時，由這種燃料電池供電。