碱性燃料电池阴极主要为氧还原反应（ORR），由于反应中牵涉到 4 个电子的转移步骤，还有 O-O 键的断裂，易出现中间价态粒子，如 HO2-和中间价态含氧物种等问题，因此 AFC 中阴极的氧还原反应是一个很复杂的过程。目前关于 ORR的真实反应途径尚不清楚，研究人员普遍认为主要有以下两种途径：
（i） 直接四电子途径：O2 2H2O 4 e-→ 4OH-
（ii） 二电子途径： O2 H2O 2e-→ HO2- OH-
HO2- H2O 2e- → 3OH-
从动力学理论上说，碱性体系中的氧还原反应（ORR）速率要比酸性体系中更快一些。正是由于碱性体系中ORR速率较酸性体系更快，使得大量的材料得以用作AFC阴极催化剂，主要包括Pt基、Pd基、Ag基及非贵金属催化剂等。
