氣體擴散電極

氣體擴散電極是用具有疏水性高分子材料（如聚四氟乙烯等）作為電極材料的膠粘劑，根據燃料電池的原理製作成具有多孔性、一定的防水性、較好的導電性、高的活性表面積和高的催化活性的一種電極。在常壓下使氣體和電解液在微孔中處於平衡狀態，形成穩定的氣-液-固三相界面，在控制一定電位的條件下使發生電化學反應。使用方便，適於作連續和長時間的監測分析工作。已用於大氣中的CO、H2S、NO、NO₂及廠礦環境中的HCN、肼、醇蒸氣和某些含磷有害物的測定。也可用作氣相色譜的檢測器。

氣體擴散電極主要有三種 ^[1]  ：

（1）雙層電極，電極用金屬粉末和適當的多孔性填料分層壓制，並燒結而成，電極中的細孔層面向電解質，粗孔層面向氣室。如果金屬粉末本身不具備催化劑的性能，還要通過浸漬等方法在孔內沉積催化劑。

（2）防水電極，通常用催化劑粉末（有時還加入導電性粉末）和疏水性微粒混合後輾壓或噴塗，再經適當的熱處理後製成。常用的疏水性材料為聚乙烯、聚四氟乙烯等。催化劑（如鉑黑）粉末的表面是親水的，在它的外表面上都形成了可用於進行氣體電極反應的薄液層。

（3）微孔隔膜電極，電池由兩片用催化劑微粒製成的電極和微孔隔膜層（如石棉紙膜）結合而成。所用隔膜內部微孔的孔徑比電極內微孔的孔徑更小，所以加入的電解液首先被隔膜吸收，然後才用於浸濕電極。如果電解液的量適當，可使電極處在“半乾半濕”狀態，其中既有大面積的薄液膜層，又有一定的氣孔。這種電極容易製備，催化劑利用效率較高，而且不會漏氣或漏液。

以上三種電極並無原則區別，都是由氣孔、液孔和固相三種網絡交織組成，分別擔任氣相傳質、液相傳質和電子傳遞的作用。應用　用於攜帶式的一氧化碳監測儀，其中的電解質用稀硫酸，含有一氧化碳的氣流通過裝有催化劑的氣體擴散電極被氧化為二氧化碳，氧氣則被還原為水。測量這一電池的電流，便可測出一氧化碳含量。

氣體擴散電極一般分為三層結構氣體擴散層、集流體層和催化層，也可稱之為疏水層、導流體層和親水層。氣體擴散層的主要作用是讓反應氣體順利地通過，並且為反應活性層輸送相應的反應所需要的氣體。同時氣體擴散層必須要防止因電解液的遷移導致氣體擴散通道被掩沒的狀況發生，所以氣體擴散層一般需要具有透氣憎水性。集流體層主要作用是收集電子並起到導流的作用，同時還起到支撐的作用。催化層是氧氣發生還原反應的場所，從氣體擴散層輸送過來的氣體在這一層中與該層中的催化劑、電解液一起形成電化學反應活化點。進而將反應氣體還原，所以該層應該具有一定的親水性。

氣體擴散電極是一種多孔結構，它作為空氣電池的正極，具有質量輕、厚度薄等一些特點，同時它可以高效地將化學能轉換為電能。在空氣電池中，氣體擴散電極的主要作用是為氧氣的還原反應提供反應場所。氧氣的還原反應在各個電化學反應中是步驟最慢的，因此氧氣的還原反應成為了整個電化學反應的限速步驟。因此我們看到氣體擴散電極性能的好壞對於鋒空氣電池的優劣起到了很大的制約作用。

另外，在空氣電池的循環使用中，氣體擴散電極是決定其成本的最主要因素。在使用後經過電解還原過程，電池負極還可以再次使用，這樣整個過程中的成本就可以控制在相對很低的水平上。

氣體擴散電極在空氣電池中起到能量轉換器的作用，理論上它在放電過程中是不會產生損耗的，可以連續地使用。但在實際狀況中，氣體擴散電極使用一定的時間或者次數後，它的性能會出現顯著的下降，這就導致空氣電池使用成本會相應的增加，這在很大程度上影響了空氣電池的商業化應用。因此提高氣體擴散電極的性能不但可以增大整個電池的輸出功率，而且可以有效地降低電池的成本 ^[1]  。