电堆是发生电化学反应的场所，也是燃料电池动力系统核心部分，由多个单体电池以串联方式层叠组合构成。将双极板与膜电极交替叠合，各单体之间嵌入密封件，经前、后端板压紧后用螺杆紧固拴牢，即构成燃料电池电堆。
电堆工作时，氢气和氧气分别由进口引入，经电堆气体主通道分配至各单电池的双极板，经双极板导流均匀分配至电极，通过电极支撑体与催化剂接触进行电化学反应。
1、双极板。
双极板是电堆的核心结构零部件，起到均匀分配气体、排水、导热、导电的作用，占整个燃料电池60%的重量和～20%的成本，其性能优劣直接影响电池的输出功率和使用寿命。双极板材料目前主要是石墨双极板和金属双极板。
2、膜电极。
膜电极是电堆的核心，类似于电脑里的CPU，决定了电堆性能、寿命和成本的上限。膜电极组件由质子交换膜、催化剂和气体扩散层（气体扩散层）组成。
3、质子交换膜。
质子交换膜是质子交换膜燃料电池（PEMFC）的核心元件，以全氟磺酸膜为主，目前国产化进程提速。质子交换膜目前主流趋势是全氟磺酸增强型复合膜，质子交换膜逐渐趋于薄型化，由几十微米降低到十几微米，降低质子传递的欧姆极化，以达到更高的性能。
4、催化剂。
催化剂是燃料电池的关键材料之一，目前燃料电池中常用催化剂是Pt/C，即由Pt的纳米颗粒分散到碳粉（如XC-72）载体上的担载型催化剂。
5、气体扩散层。
气休扩散层（GDL）位于流场和膜电极之间，主要作用是为参与反应的气体和产生的水提供传输通道，并支撑膜电极。因此，GDL必须具备良好的机械强度、合适的孔结构、良好的导电性、高稳定性。
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