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1．电池的结构
图1所示为PEFC电池的基本结构。电池的英语为cell，由各种材料（包括正极和负极）组合而成的最小单元称为单电池。单电池进行多层堆叠后形成电堆（stack），将电堆安装在家用燃料电池和燃料电池汽车中进行发电。
图1：PEFC电池的基本结构
构成单电池的材料为：在中心作为电解质的高分子固体膜（厚度约10μm），以及形成于电池两面的负极层和正极层（各层厚度约10μm）。高分子固体膜上含有促进各极电化学反应的催化剂（主要为Pt催化剂）。在其外侧，作为气体扩散层，配置有碳纤维制成的碳纸等多孔体层（厚度为几十μm～数百μm）。将上述所有结构一体化，即可形成膜电极组件（MEA：Membrane Electrode Assiembly）。为了堆叠MEA制成电堆，需要在各MEA之间配置带有气体流路的隔膜（厚度约0.5mm～数mm）。
由于燃料电池汽车内安放电堆的空间有限，所以要尽可能地减小单电池的厚度，压缩电堆的尺寸。因此，需要减小各部件的厚度，但是这样一来会导致隔膜等部件的机械强度下降。另外，虽然减小高分子固体膜的厚度可以降低电池的内阻，但这不仅会导致机械强度降低，还会造成氢和氧的渗透（气体交叉），加速其化学劣化。为了满足对电池性能和耐用性等各种特性的要求，经过多年对各种材料的开发以及对其组合的研究，现在家用燃料电池和燃料电池汽车已进入市场销售。当然，对于各种材料的进一步改良仍在持续进行中。
2. 电极催化剂
位于负极和正极的电极催化剂在很大程度上能够决定电池的性能，可以说是燃料电池的核心材料。在较低温度（80℃左右）下运行的PEFC中，为了促进负极氢气的氧化反应和正极氧气的还原反应，主要使用具有高活性的Pt作为催化剂。与负极相比，正极反应的活化能（分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量）更大，因此需要进一步提高正极的催化剂活性。
由于催化反应发生在物质表面上，所以为了提高催化剂的活性，需要扩大其表面积。也就是说，必须以更小的颗粒使用Pt材料。但是，仅仅将Pt变成小颗粒