实际的燃料电池是将质子交换膜、催化层、扩散层集成一体，称为膜电极组件，是燃料电池的核心部件。

质子交换膜

质子交换膜是PEM燃料电池中一个非常重要的组件，它兼有隔膜和电解质的作用。其隔膜作用就是阻止阴阳极之间气体相通，防止氢氧混合发生爆炸；其电解质的作用是仅使质子通过，而使电子传递受阻，这样电子就被迫通过外电路流动向外输出电能。目前常用的质子交换膜为全氟磺酸型固体聚合物，酸分子固定在聚合物上，不能自由移动，但质子却可自由地通过电解质迁移，但是质子的移动受质子交换膜润湿条件的制约，质子交换膜润湿越好，质子传递阻力越小，也就越容易通过，相反，如果质子交换膜干涸，质子传递则受阻，燃料电池性能就下降，甚至损坏。当然水也不能太多。

催化层

催化层的作用是使燃料和氧化剂发生电化学反应的物质，催化剂的好坏直接影响到燃料电池性能的好坏，目前催化剂多采用铂（Pt），在催化电解水时表现出较高的电子传输能力和较小的过电势以及比较适宜的氢原子吸附自由能，可以温和地吸附氢原子并将氢气从表面脱附，过电位接近零。Pt族等金属及其合金在强酸性电解质中有较高的稳定性和催化活性，被广泛采用。但这类催化剂非常昂贵，在燃料电池的成本中占较大比例。为了减少催化剂的用量，一般将催化剂做成粗糙多孔的结构，使其有足够的比表面积以促进氢气和氧气反应。

气体扩散层

气体扩散层是导电材料制成的多孔合成物，它一方面为气体从流道扩散到催化层提供通道，另一方面对燃料电池的催化层起支撑的作用，气体扩散层孔隙率和孔径是其两个重要的参数。 在质子交换膜两面敷设催化层与气体扩散层，5层整个厚度约1mm，组成膜电极组件，组件有外框。 图6是真实膜电极组件照片（照片来自网络）

图6是真实膜电极组件照片（照片来自网络）