氣體擴散電極(GDE)是一種結合了固體、液體和氣體界面以及支持液相和氣相之間的電化學反應的導電催化劑的電極。

氣體擴散電極用于燃料電池，其中氧氣和氫氣在氣體擴散電極處反應形成水，同時將化學鍵能轉化為電能。通常將催化劑固定在多孔箔中，以便液體和氣體相互作用。除了這些潤濕特性之外，氣體擴散電極當然必須提供最佳的電導率，以實現具有低歐姆電阻的電子傳輸。氣體壓力p與孔隙系統中的液體在孔隙半徑r、液體的表面張力γ和接觸角θ上有關。由于存在太多未知或難以實現的參數，因此該等式將作為確定的指導。當考慮表面張力時，必須考慮固體和液體表面張力的差異。但是催化劑的表面張力，如碳或銀上的鉑，很難測量。平面上的接觸角可以用顯微鏡確定。然而，無法檢查單個孔，因此有必要確定整個電極的孔系統。因此，為了創建用于液體和氣體的電極區域，可以選擇路徑以創建不同的孔隙半徑r，

在這張燒結電極的圖像中，可以看出使用了三種不同的晶粒尺寸。不同的層是：

• 頂層細顆粒材料
• 來自不同組的層
• 粗粒料氣體分布層

從1950年到1970年用燒結法制造的大多數電極用于燃料電池。出于經濟原因，這種類型的生產被放棄了，因為電極又厚又重，通常厚度為2毫米，而各個層必須非常薄且沒有缺陷。銷售價格過高，無法連續生產電極。

該圖說明了氣體擴散的原理。所謂的氣體分布層位于電極的中間。只需很小的氣壓，電解質就會從這個孔隙系統中置換出來。小的流阻確保氣體可以在電極內部自由流動。在稍高的氣壓下，孔隙系統中的電解質被限制在工作層中。表面層本身有如此細的孔，即使在壓力達到峰值時，氣體也不能通過電極流入電解液。這種電極是通過分散和隨后的燒結或熱壓制成的。為了生產多層電極，將細粒材料分散在模具中并進行平滑處理。然后，將其他材料多層施加并施加壓力。

大約從1970年開始，PTFE被用于生產既具有親水性又具有疏水性的電極，同時具有化學穩定性，并可用作粘合劑。這意味著，在PTFE比例高的地方，沒有電解質可以滲透到孔隙系統中，反之亦然。在那種情況下，催化劑本身應該是非疏水的。

生產PTFE催化劑混合物有兩種技術變化：

• 分散水、聚四氟乙烯、催化劑、乳化劑、增稠劑...
• PTFE粉末和催化劑粉末的干混合物

分散路線主要選擇用于具有聚合物電解質的電極，如在質子交換膜燃料電池（PEM燃料電池）和質子交換膜（PEM）或鹽酸（HCL）膜電解中成功引入。當用于液體電解質時，干法工藝更為合適。此外，在分散路線中（通過水的蒸發和PTFE在340°C下的燒結），機械壓制被跳過并且生產的電極非常多孔。使用快速干燥方法，會在電極中形成裂縫，這些裂縫會被液體電解質穿透。對于具有液體電解質的應用，例如鋅空氣電池或堿性燃料電池，使用干混法。

在酸性電解質中，催化劑通常是貴金屬，如鉑、釕、銥和銠。在堿性電解質中，如鋅空氣電池和堿性燃料電池，通常使用較便宜的催化劑，如碳、錳、銀、鎳泡沫或鎳網。

最初，固體電極用于Grove電池，FrancisThomasBacon是xxx個將氣體擴散電極用于Bacon燃料電池的人，將高溫下的氫氣和氧氣轉化為電能。

多年來，氣體擴散電極已適用于各種其他工藝，例如：

• 自1980年以來的鋅空氣電池
• 自1990年以來的鎳氫電池
• 廢鹽酸電解制氯
• 氯堿法

近年來，使用氣體擴散電極電化學還原二氧化碳是一個蓬勃發展的研究課題。

氣體擴散電極產生于所有級別。它不僅用于研發公司，還用于大型公司以及膜電極組件(MEA)的生產，該組件在大多數情況下用于燃料電池或電池設備。專門從事GDE大批量生產的公司包括JohnsonMatthey、Gore和Gaskatel。然而，有許多公司生產定制的或少量的GDE，也允許評估不同的形狀、催化劑和負載，其中包括FuelCellStore、FuelCellsEtc等。