En este documento, se establece un modelo termodinámico de tiempo finito de una célula de combustible de membrana de intercambio protónico de alta temperatura (HT-PEMFC), en el que se consideran las pérdidas irreversibles de polarización y corriente de fuga durante la operación de la célula. Se estudian las influencias de la temperatura de operación, el grosor de la membrana, el nivel de dopaje de ácido fosfórico, la presión de entrada de hidrógeno y oxígeno en la densidad de potencia máxima y la eficiencia de salida máxima. A medida que la temperatura aumenta, la densidad de potencia máxima y la eficiencia de salida máxima también aumentarán. La disminución del grosor de la membrana aumentará la densidad de potencia, pero tiene poco influencia en la eficiencia. El aumento del nivel de dopaje de ácido fosfórico puede aumentar la densidad de potencia, pero tiene poco efecto en la eficiencia. Con el aumento de la presión de entrada de hidrógeno y oxígeno, la densidad de potencia máxima y la eficiencia de salida máxima se mejorarán. Este artículo también obtiene la relación de optimización entre la densidad de potencia y la eficiencia termodinámica, y el intervalo de rango de optimización de HT-PEMFC que proporcionará orientación para el uso aplicable de HT-PEMFCs.