本发明公开了一种阴、阳膜电极交替组装的电化学反应堆及其应用,属于电化学领域。该反应堆由夹具、双极板、隔板、复合膜电极和填料组成,具有阴极入口、阴极出口、阳极入口、阳极出口、反应堆入口和反应堆出口。其中复合膜电极为由多层材料复合组成,根据催化产生的离子类型分为阴、阳两种膜电极,在反应堆装配过程中交替装配。该反应堆可应用于氧还原反应以及“电‑热”耦合反应。