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膜电极单元是PEM燃料电池的核心部分。
所供入的氢气发生氧化。在电极催化剂（如铂）的作用下，氢气分解成两个质子和电子。H+离子通过质子传导膜移动到阴极一侧。如果阴极配有外部电路，电子流向阴极，生成电流。供到阴极的氧气减少，与氢质子化合生成水。
向阳极所供氢气发生氧化。在电极（例如铂）的催化作用下，氢气分解为质子和电子。H+离子通过质子传导膜向阴极一侧移动。如果提供一个至阴极的电路，电子会流向阴极，形成电流。向阴极所供氧气减少，与质子发生反应生成水。
