Schmelzkarbonat-Brennstoffzellen (MCFCs) haben ihren Namen von dem benutzten Elektrolyten aus geschmolzenen Karbonatsalzen aus Litiumkarbonat und Kaliumkarbonat. Mit einer Arbeitstemperatur von 650 °C gehören MCFC-Brennstoffzellen zu den Hochtemperatur-Brennstoffzellen.
Bei der Schmelzkarbonat- Brennstoffzelle werden Kohlendioxid und Sauerstoff in die Brennstoffzelle eingespeist, wo sie zu Karbonat-Ionen reagieren. Die Karbonat-Ionen agieren frei in dem geschmolzenen Salzelektrolyten. Als Brenngas benutzten MCFC-Brennstoffzellen Wasserstoff, Methan und Kohlenmonoxid, das aus Erdgas und Biogas gewonnen und anodenseitig zugeführt wird. Die positiv geladene Wasserstoff-Ionen wandern durch den Elektrolyten von der Anode zur Kathode. Die Anode besteht aus einer porösen Nickellegierung. Die an der Anode erzeugten Elektronen wandern durch einen externen Stromkreis, der auf dem Weg dorthin Strom liefert, und kehren zur Kathode zurück.
Der Wirkungsgrad von MCFC-Brennstoffzellen liegt bei bis zu 60 % und ist damit höher als der diverser anderer Brennstoffzellen. Eingesetzt werden sie in Blockheizkraftwerken und Großkraftwerken mit Leistungen von bis zu hundert Megawatt.