受自然进化中的肺泡结构的启发，斯坦福大学崔屹教授团队设计了一种模拟呼吸过程的双向电催化体系，用于从催化剂表面产气，和气体反应物输送到催化剂表面这两种过程，与 OER和 ORR 相对应。实现这种系统的关键设计要求是：（1）能够进行气体输送和释放的有效传质，（2）拥有充足的三相接触区域用于电催化反应，和（3）在电化学工作条件下比传统碳基GDL持续更长时间的强疏水性。
基于此，该团队设计了一种新型电极结构，其利用聚乙烯（PE）制成的厚度为12 μm的超薄纳米多孔膜，仅有传统的气体扩散电极（即聚四氟乙烯（PTFE）涂层多孔碳膜，~400μm）厚度的约三十分之一。该PE上具有密集分布的纳米孔道，以提供大量的三相接触界面以作为更多催化位点，同时保持很低的气体扩散阻力。
研究团队利用Ag / Pt双层催化剂涂覆的alv-PE结构用于ORR反应，实现了在0.6 V下250 mA·cm-2的电流密度（在该工作中报道的所有电位均为可逆氢电极，RHE），比相同催化剂负载的平面PE结构高约25倍。在OER中，采用Au / NiFeOx催化剂涂层的Alv-PE结构，在没有iR校正的情况下，达到10 mA·cm-2电流密度仅需要190 mV的过电势，比相同的催化剂涂层的平面PE或碳基气体扩散电极结构的过电势还要低约90 mV。
