Die Technologie des Brennstoffzellenantriebs wird bereits heute vereinzelt in Fahrzeugen eingesetzt. Für einen breiteren Einsatz besteht jedoch noch immer ein erhöhter Forschungsbedarf. Aufgrund dessen werden im Folgenden verschiedene Forschungsbereiche mit beispielhaften Projekten benannt.
Forschungsbedarf besteht im Bereich zur Reduktion der Material- und Herstellkosten fur die Komponenten der Polymerelektrolytbrennstoffzelle (PEM-Brennstoffzelle) und der Systemkomponenten notwendig. Gemäß einer Analyse der NOW-GmbH ist der größte Kostentreiber im PEM-Stack (Stapel aus Brennstoffzellen) die Membran-Elektroden-Einheit (MEA), mit größerem Abstand gefolgt von der Bipolarplatte (BPP) und anschließend der Gasverteilschicht [FüGr22, S.5]. Die MEA sorgt für die katalytische Umsetzung der Reaktionsgase, sowie gleichzeitig für die elektrische Isolation der BPP und die Gleichverteilung der Medien. Um den Wasserstoff mit dem Sauerstoff zur Reaktion zu bringen, wird ein Katalysator genutzt, wofür der teure Stoff Platin eingesetzt wird. An einem Austausch des Katalysatormaterials wird derzeit geforscht. So wird beispielsweise der Einsatz von Mangan untersucht [enar23; Wint23]. Derzeit macht die MEA zwischen 40 und 75 Prozent der Gesamtkosten eines PEM-Stacks aus. Eine Steigerung der Produktionsstückzahlen bietet zudem Kostensenkungspotentiale [FüGr22]. Außerdem besteht die Protonenaustauschmembran in der MEA aus Perfluorsulfonsäure (PFSA), welches in der Kritik steht, schädlich zu sein. Am Einsatz von umweltverträglicheren Materialien wird derzeit geforscht [BMBF23].

Weiterhin forscht das Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung zusammen mit mehreren Partnern im Rahmen des Forschungsprojektes H2BlackForest wird im Teilprojekt FastPeM an einer innovativen Qualitätsprüfung für die Brennstoffzellen-Stacks [Fraun23b]. Dies dient dazu, die Produktion von Brennstoffzellen weiter zu automatisieren.

Brennstoffzellen für Nutzfahrzeuge erfordern außerdem vergleichsweise hohe Lebensdauern. Auch hier besteht ein weiterer Forschungsbedarf, um die Lebensdauer zu verlängern. Im Rahmen des Forschungsprojektes CORAL-HD sollen neue, langzeitstabile Materialien für Brennstoffzellen-Elektroden entwickelt werden.

Zudem besteht auch weiterer Forschungsbedarf bezüglich der Wasserstoffspeicherung. So werden beispielsweise neben der Speicherung in der reinen Form auch andere chemische und physikalische Speicherungsmöglichkeiten untersucht [PrAl17; GroSe22]. Auch der Transport und die Verteilung bleiben weiterhin offen. Hier sind weitere Investitionsmaßnahmen notwendig [Sici23, S.1144]. Dies führt zu einem Henne-Ei-Problem: je mehr Infrastruktur vorhanden, desto mehr Fahrzeuge werden produziert (was zu notwendigen Kostensenkungen führt), gleichzeitig wird die Infrastruktur in der Regel nur weiter ausgebaut, sofern Fahrzeuge zur Abnahme auf dem Markt bestehen [UnBr16]. Es sind daher weitere Investitionsmaßnahmen notwendig [Sici23, S.1144].

Nicht zuletzt können die Art und Erzeugung sowie die damit verbundenen Kosten des Wasserstoffs für die Wettbewerbsfähigkeit der Technologie von Relevanz sein [NPM21].