电化学反应发电本质上是基于氧化还原反应的电荷转移，气态水变液态水的过程没有什么贡献，因此，氢气发电要用低热值。

根据热力学第二定律：不可能制成一种循环动作的热机，从单一热源取热，使之完全变为功而不引起其它变化（开尔文表述），即不可能把1公斤氢气和氧气燃烧放出来的热量全都用来作功（变成电能）而不引起变化。

这个变化，正是以“熵”为特征的热。因此，任何装置使用化学能（燃料）发电作工，都有一个天然的极限转换效率。

对于燃料电池来说，即可逆热力学发电效率，就是燃料电池能达到的最高理论发电效率。

常温（25℃）下，理论上1kg氢气可以发500mol*241.8/3600kJ=33.58度电；按照目前燃料电池系统额定工况发电的最高额定效率算（60%，已包含可逆热力学效率），实际上1kg氢气可以发500mol*241.8/3600*60%=20.15度电。

电化学反应过程中是存在损耗的，主要来源于反应过程中的极化现象，包含欧姆极化，电化学活化极化和气体扩散极化（浓差极化）。电化学效率是衡量燃料电池电堆技术水平的关键。

燃料参与反应的比例。有的燃料电池可以通过循环泵，把流过电堆但没有参与反应的燃料再次循环利用，所以利用率就会很高，但也会有损失；有的燃料电池把没有参与反应的燃料给烧掉，以热能形式输出，此时燃料利用率就只能算参与反应的比例。

水管理、热管理、气体（氢气、空气）供应、控制-电管理等子系统部件需要消耗一定的能量（电或热）。

比如常见的高温燃料电池——固体氧化物燃料电池（SOFC）和熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）——工作温度高达600~1000℃，排出的气体都会有高品位余热，可用于家庭、商业场所、公共单位的热水供应、冷链、生鲜超市、数据中心的高温蒸汽联合制冷机制冷。

热电联供往往是高温燃料电池才有的技能，常见的低温燃料电池，如质子交换膜燃料电池（PEMFC）和碱性燃料电池（AFC），相对来说，回收热能十分有限。