CCM型膜电极作为PEMFC的核心组成部分，首先是将质子交换膜（PEM)两面涂覆催化剂层（CL)，然后将阳极和阴极气体扩散层（GDL)分别压制在离子交换膜两侧，从而制造出来膜电极，因此这种MEA也被称为催化剂涂覆膜电极。这种生产工艺克服了GDE膜电极的很多缺点，在提高了膜电极导电性能的同时减小了催化层和全氟磺酸膜之间的阻抗。第二代CCM加工技术已经逐渐成为当前主流的商业化膜电极制备方法，在全球范围内被广泛使用。

CCM膜电极的制备方法

根据一定比例配置阴阳极催化剂浆料，可以用Nafion溶液或聚四氟乙烯溶液作为粘结剂，加入分散剂并利用超声波或者机械混合分散设备搅拌均匀，配置期间注意控制铂载量，搅拌时间和温度，以获得多孔、粘度适中、铂分布均匀的浆料用于涂覆在PEM两侧。常见涂覆方式包括刷涂，超声波喷涂，电喷雾，丝印转印，电化沉积，溅射，涂布等，其中转印和涂布应用较为广泛，比如双面同时转印，间歇式转印，双面直涂等。待催化剂烘干后，将阳极和阴极气体扩散层与担载有催化层的质子交换膜热压成膜电极，热压过程中注意控制温度，时间和压力。

催化剂涂覆膜电极的优势

1）热压工序没有在PEM和GDL之间进行，因此可以选择厚度更低的质子交换膜，节约树脂的同时提升了质子传输效率。

2）催化层和PEM之间结合更加紧密，不容易出现由于溶胀性不同造成的分层问题，同时有效的减小界面电阻。对于GDL/CL界面，微孔层的存在让界面接触比较良好，不会有接触不良的情况。

3）由于采用PEM的核心材料作为粘结剂可以降低催化层与交换膜之间的阻力，帮助H离子在CL中的扩散，提高了催化剂的利用效率，降低Pt贵金属的载量，大幅降低成本。

4）CCM膜电极制备工艺相比GDE寿命更长，已经被国内厂家广泛采用，是目前商业化程度很高的PEMFC催化剂涂覆膜电极制备方法。

质子交换膜燃料电池膜电极的发展方向

尽管CCM膜电极有很多优势，但仍然存在一些不足比如反应中CL结构不稳定，铂金属颗粒容易脱落。另外催化层中没有疏水剂，气体流道也很少，导致气体和液体的传输不通畅，甚至会出现“水淹”的现象。为了解决气水阻力的问题，必须将催化层的厚度做的很薄。此外无论是GDE还是CCM,都存在铂载量偏高，催化剂利用率偏低的问题，究其根源还是CL中的气体，质子，电子等物质的传输效率较低。一方面需要构建高效的三相反应区来减小电化学极化损失，另一方面建立多孔有序的三维结构来减小浓差极化带来的影响，将是未来研究的重点，已经有国外公司开发出可量产的第三代有序化膜电极技术。国内目前还是集中在PEMFC催化剂涂覆膜电极生产工艺，研究重点核心材料的选用以及制造工艺的连续化。部分国产膜电极性能已经可以接近国际水平，但在一些专业参数如Pt载量,抗反极等还有一定差距。作为燃料电池中昂贵的原材料催化剂层，贵金属铂的载量对CCM膜电极的成本以及产业化规模影响很大。