Für den Luftverkehr bestehen größere Herausforderungen für eine Elektrifizierung als beim bodengebundenen Verkehr. Maßgebliches Kriterium für Luftfahrzeuge ist deren Gewicht, daher sind insbesondere die Anforderungen an das Leistungsgewicht des Antriebs und die Energiedichte des Energieträgers im Vergleich erheblich höher. Gleichermaßen sind die Sicherheitsanforderungen und Umgebungsbedingungen in der Luftfahrt kritisch für den Entwurf des Antriebssystems.
In Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzellen wird die chemische Energie von Wasserstoff und Sauerstoff direkt in elektrische Energie umgewandelt. Sie verursachen mit der Ausnahme von Wasser (flüssig oder dampfförmig) keine Emissionen und zeichnen sich durch einen hohen Wirkungsgrad von bis zu 50 % aus. Nachteile gegenüber Gasturbinen, den derzeit üblichen Energielieferanten, ergeben sich vor allem aus dem vergleichsweise höheren Gewicht sowie einem aufwändigeren Kühlsystem. Denn auch bei den hohen Wirkungsgraden der Brennstoffzelle entstehen insbesondere bei hohen Leistungsklassen erhebliche Wärmemengen, die abgeführt werden müssen. Es ergibt sich daher der Bedarf, die Gewichte der Komponenten des Thermalmanagementsystems bestehend aus Wärmeübertragern, Kühlmedien, Leitungen und Pumpen sowie weiteren Bestandteilen wie Verdichter, Filter, Be- und Entfeuchter zu reduzieren und dadurch die Gesamtleistungsdichte signifikant zu steigern.
Stand der Technik sind derzeit Tieftemperatur-PEM-Brennstoffzellen (proton exchange membrane), die ein flexibles Betriebsverhalten, aber auch ein relativ großes Leistungsgewicht aufweisen, denn die relativ geringe Temperaturdifferenz gegenüber der Umgebung macht große Kühlflächen und große Mengen eines Kühlmediums erforderlich, was sich nachteilig auf das Gewicht auswirkt.
Vor diesem Hintergrund wird an der Erhöhung der Betriebstemperatur der Brennstoffzelle geforscht. Eine mögliche Lösung in diesem Zusammenhang könnte die Einführung von Festoxidbrennstoffzellen (SOFC, solid oxide fuel cell) sein, die jedoch derzeit noch eine geringe gravimetrische (gewichtsbezogene) Leistungsdichte aufweisen. Die langsamere Reaktionsfähigkeit dieses Brennstoffzellentyps stellt zudem eine Herausforderung für eine Einführung in der Luftfahrt dar.
In der Vergangenheit wurden häufig Brennstoffzellenstacks (Anordnung mehrerer Brennstoffzellen in Stapeln) aus dem Automobilsektor für die Luftfahrt weiterentwickelt. Zur erforderlichen Erhöhung des Leistungsgewichts ist jedoch unbedingt die gezielte Optimierung der Brennstoffzellen auf Systeme für Luftfahrt erforderlich. Weiterer Forschungsbedarf besteht bei wasserstoffspezifischen Komponenten wie beispielsweise Kryoventilen (Ventile für den Einsatz bei extrem geringen Temperaturen) oder den Brennstoffzellenstacks selbst, die derzeit noch nicht alle sicherheitsrelevanten Luftfahrtanforderungen erfüllen.
Eine erste mögliche Anwendung wird im Bereich der Regionalflugzeuge (CS-23, CS-25) gesehen.
