燃料電池的電極實(shí)際上是一個(gè)位于離聚合物膜和導(dǎo)電多孔基板之間的催化劑薄層，在該層發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。更確切的說(shuō)，電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在催化劑表面，由于有三種組分，即氣體、電子和質(zhì)子參與電化學(xué)反應(yīng)，因此反應(yīng)是發(fā)生在催化劑表面三種組分均能到達(dá)的部分。電子通過(guò)導(dǎo)電顆粒，包括催化劑本身，但非常重要的是催化劑顆粒應(yīng)在某種程度上與基板電氣相連；質(zhì)子通過(guò)離聚物，因此，催化劑必須與離聚物緊密連接；最后，反應(yīng)氣體只能通過(guò)間隙，為保證氣體流動(dòng)到反應(yīng)處，電極必須是多孔的；同時(shí)，產(chǎn)生的水必須有效清除，否則電極獎(jiǎng)浸入水中而阻止氧的進(jìn)入，這些反應(yīng)是發(fā)生在三相交界處，即離聚物、固體和間隙。其中催化劑層附著于離聚物的膜，膜和催化劑的組合稱為MEA。

氣體擴(kuò)散層

在催化劑層和雙極板之間的層稱為氣體擴(kuò)散層、電極基板或擴(kuò)散器/集流器，盡管氣體擴(kuò)散層并不直接參與電化學(xué)反應(yīng)，但在PEM燃料電池中具有多個(gè)重要功能：

為反應(yīng)的的氣體從流場(chǎng)通道到催化劑層提供路徑，使之進(jìn)入整個(gè)活性區(qū)域；

為產(chǎn)生的水從催化劑層到流場(chǎng)通道提供通路；

將催化劑層與雙極板電氣連接，使得電子形成完整電路；

也可用于將在催化劑層的電化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)到雙極板，這可作為一種散熱方式；

對(duì)MEA提供支撐，防止下垂到流場(chǎng)通道。

根據(jù)功能，氣體擴(kuò)散層所需的特性包括：

必須具有足夠多的孔以使得反應(yīng)氣體和產(chǎn)物水均可流過(guò)(注意這些通量的方向相反)。根據(jù)流場(chǎng)的設(shè)計(jì)，貫穿平面的和平面的擴(kuò)散都很重要；

必須在平面內(nèi)或貫穿平面既導(dǎo)電又傳熱，界面電阻或接觸電阻通常比體積電導(dǎo)率更重要；

由于催化劑層是由分散的微小顆粒組成，朝向催化劑層的氣體擴(kuò)散層中的孔不能太大；

必須具有足夠的剛度以支撐“薄弱”的MEA，然而還必須具有一定的柔性來(lái)保證電接觸良好。