שם תא דלק מסוג זה באנגלית:

MCFC = Molten Carbonate Fuel Cell

משתמשים בקרבונטים של אשלגן וליתיום: Li₂CO₃ , K₂CO₃.

תא דלק מסוג זה, מבטיח נצילות גבוהה, וניתן להשתמש בו בדלקים המבוססים על פחם, כגון CO במקום במימן.

היתרון של תא דלק מסוג זה הוא, שאין צורך בקטליזטורים (זרזים) ממתכות יקרות, וניתן להשתמש במימן ובחמצן לא טהורים. את המימן ניתן לקבל מכל דלק פחמימני.

טמפרטורת העבודה של תאי דלק אלו היא: 550 – 650 מעלות צלסיוס, מכיוון שהאלקטרוליט הוא קרבונט (מוצק בטמפרטורת החדר) שחייב להיות במצב נוזלי.

הבעיה היא שזמן החיים של האלקטרוליט אינו ארוך, והאלקטרוליט הוא קורוזיבי (מעכל מתכות) ואינו יציב.

התגובה (ריאקציה) הכוללת היא:

גז טבעי + אוויר — > קיטור + פחמן דו-חמצני + חשמל + חום

תגובת ייצור הדלק:

גז טבעי + קיטור (מים + חום) — > פחמן חד-חמצני + מימן

התגובה באנודה:

מימן + פחמן חד חמצני + יון הקרבונאט — > קיטור + פחמן דו-חמצני + חשמל + חום

2H₂ +2CO₃– —> 2H₂O + 2CO₂ + 4_e–

התגובה בקתודה (אליה נכנס האוויר מבחוץ):

פחמן דו-חמצני + חמצן + אלקטרונים — > יון קרבונאט

4_e– + O₂ + 2CO₂ —> 2CO₃–

למרות שגז טבעי משמש כדלק, ניתן להשתמש בכל גז עשיר במימן, או גם בדלק נוזלי.