GDE型膜电极也叫气体扩散电极，是PEMFC结构中将化学能转换为电能的核心部件。电极具备多孔结构以实现催化剂和反应气体和液体在三相区域充分联通，同时及时将反应生成的水和反应物排出，并保证良好的电流传输。MEA自身的孔隙率，疏水性，亲水性，质子的导电性，催化剂利用率等因素都会对质子交换膜燃料电池最终性能有着很大的影响。除此之外，通过改变电极的规格以及催化涂层的种类，GDE膜电极还广泛应用于锌空气电池，镍氢电池以及氯碱行业等等。

GDE膜电极的制备方式

GDE型MEA属于第一代膜电极制备技术，直接把催化层直接涂覆在GDL上，GDL上表面有一层微孔层用来降低孔隙率和粗糙度。再将PEM置于涂布有催化层的阴极扩散层和阳极扩散层之间，通过热压方式压制膜两侧以完成膜电极的制备。这种制备工艺最早出现在磷酸燃料电池(PAFC)上，在此基础上进一步发展和改良，具体步骤如下：

首先将聚四氟乙烯(PTFE)溶液或者Nafion溶液，醇类溶剂比如异丙醇，Pt/c催化剂以一定比例混合成催化剂浆料。然后通过滚压、刷涂、喷涂、丝网印刷等方式，将电催化剂浆料均匀地涂布在气体扩散层表面，经过干燥、常压烘干、烧结等工序获得多孔电极。最后将覆盖有催化层的阴/阳极气体扩散层热压成型的方式压制在质子交换膜两侧，最终制备完成膜电极。

PEMFC气体扩散电极的特点

优点：GDE气体扩散电极制备工艺已经非常成熟，可以满足商业化大批量，多尺寸的定制需求。CL涂覆在气体扩散电极有助于形成较高孔隙率并提高反应速度，同时确保质子交换膜不会发生形变。一般采用聚四氟乙烯作为粘结剂，具有良好的疏水性能，能够将反应物快速排出并保证电流传输的顺畅。

缺点：尽管如此，在GDE膜电极生产过程中，催化浆料很容易从孔隙渗透到气体扩散层内部，导致催化剂的流失并降低利用效率，同时较厚的催化剂层也会增大质子传导的阻力。另一方面，为了保证PEM与含有CL的GDL热压过程中不会损坏，通常会选择较大厚度的PEM，这也会加大了整个膜电极的内阻。这种制造工艺下还有一种结构缺陷，由于膨胀系数的差异，催化层与膜之间比较容易发生分层的现象，不仅增加接触电阻，还会造成电池寿命缩短。

GDE热压法膜电极加工工艺

利用热压法加工膜电极过程中，很多因素都会影响性能包括压力，时间和温度。其中温度会影响在CL和PEM之间的质子传输通道，质子交换膜在一定的热压温度下转化为玻璃态，才能和软化的催化层紧密的结合，以降低接触电阻保证顺畅的质子传导。相反当热压温度过高，会破坏Nation膜里的活性基团，反而不利于传导电子。选择合适的热压时间对MEA的性能也很重要，过短的时间会让CL和PEM压制不够紧密，时间过长同样会破坏催化层的结构以及PEM中的活性基团。热压压强的影响主要表现在两个方面，一方面压强不够导致MEA中各层接触压力不够，造成过大的阻抗不利于电子传输。另一方面，催化层作为固液气三相反应的场所，必须保证较高的孔隙率以方便气，水等物质的传输，压力过大会造成结构破坏并降低性能。对于气体扩散层来说，脆弱的碳纤维等材料同样无法承受过大的压力，可能会造成纤维大量的断裂并影响质子传导。

此外，催化剂稳定均匀的涂布工艺也很重要，比如利用超声波喷涂等技术来提高利用率并降低成本。一般来说，针对具体的应用设计出差异化的GDE结构很有必要，对于电极的主要参数如孔隙率、亲水性、疏水性需要进行精确的论证和优化。催化剂基于不同应用领域进行细分，也是制备出优质GDE型MEA的必要条件。