对于燃料电池而言，超声波喷涂主要用于膜电极组件（MEA）中的催化剂层涂覆。传统方法往往导致涂层不均

或催化剂利用率低的问题，而超声波喷涂则能够实现均匀分布的催化剂层，显著增强了催化活性和燃料电池的整体

性能。该技术同样适用于燃料电池其他部件如电极和隔膜的表面处理，有助于延长使用寿命并提高工作效率

　　提高材料利用率：超声波喷涂仪器拥有高效雾化技术，能够实现薄膜均匀高效喷涂，覆盖率>95%，其涂层

厚度精密度精确可控，几纳米至几十微米，能够提高材料利用率。

　　改善涂层质量：超声波喷涂仪器的溶波转换率高达295%，是传统二流体喷涂的4倍，XYZ三轴伺服运动系统，

选配超声波分散供液，有效防团聚，改善涂层质量。

　　降低维护成本：超声波喷涂仪器具有精准的激光对位技术，能够快速定位喷涂区域，减少不必要材料的浪费，

内置排气系统，防堵喷头技术，降低维护成本。

　　01技术原理：超声波喷涂如何赋能燃料电池制造

　　超声波喷涂技术是一种利用高频声波能量进行材料沉积的先进工艺，其核心在于通过压电效应将电能转换为

机械振动。

　　当高频电信号作用于喷涂设备的压电换能器时，会产生超过20kHz的超声波振动，这种振动传递至喷嘴尖部，

形成持续的毛细波。在波峰处，浆料被分散成微米至纳米级的细小液滴，形成均匀喷雾，从而在基材上形成超薄、

一致的涂层。

　　与传统压力喷涂不同，超声波喷涂无需高压气体，仅靠超声波能量即可实现浆料雾化，这种独特机制带来了

多重优势。

　　雾化颗粒均匀可控，粒径分布范围窄，避免了传统喷涂中常见的堵塞喷嘴和不均匀现象，特别适合燃料电池

催化剂涂层所需的精密涂覆应用。

　　02行业应用：燃料电池制造的多场景解决方案

　　在燃料电池制造领域，超声波喷涂技术已展现出强大的适用性，覆盖从新型燃料电池到传统制备工艺的多种

制造场景。

　　质子交换膜燃料电池

　　超声波喷涂可实现催化剂层在质子交换膜上的均匀沉积，形成高性能的CCM三合一结构。

　　通过精确控制催化剂载量与分布，超声波喷涂制备的膜电极具有更高的电化学活性面积和更优的质子传导

能力，显著提升电池的输出功率和寿命。

　　中国科学院大连化学物理研究所开发的模块化喷涂方法，按照燃料电池电堆组装对于膜电极尺寸的需求，

设计专用模具，实现了涂布均匀性好、涂布速率快、物料利用率高的膜电极制备。

　　固体氧化物燃料电池

　　超声波喷涂可用于制备电解质层和电极功能层，确保这些关键部件的致密性与均匀性。

　　对于高温运行的固体氧化物燃料电池，电解质的致密性直接决定着电池的开路电压和性能，超声波喷涂恰好

能满足这一苛刻要求。

　　电解池制氢

　　与燃料电池逆过程相似，超声波喷涂技术同样适用于电解水制氢装置中的催化剂涂覆。

　　在质子交换膜电解池中，超声波喷涂可用于制备阳极和阴极的催化剂层，优化三相界面结构，降低析氢/析氧

过电位，提高电解效率。

　　液流电池领域

　　最新研究表明，超声波喷涂在液流电池领域也展现出应用潜力，特别是在制备选择性屏障层方面，为大规模

能源存储提供了新的技术路径。

　　03性能优势：为何选择超声波喷涂技术

　　与传统涂覆方式相比，超声波喷涂在燃料电池制造中展现出多方面的显著优势。

　　材料利用率大幅提升：超声波喷涂相比传统喷涂工艺可节省材料30%以上，液体利用率最高可达85%以上，

部分先进系统甚至可实现95%的供液利用率。对于昂贵的电催化剂（如铂金），这种材料节约直接转化为可观的

成本控制效益。

　　卓越的均匀性与一致性：超声波喷涂制备的涂层均匀度极高，有效避免了催化剂聚集和局部过热，确保了

膜电极的一致性。通过精确控制膜厚与微观结构，能显著提高电池的转换效率和稳定性。

　　工艺效率显著提高：超声波喷涂技术使喷涂效率提升50%，同时，通过模块化设计和自动化控制，大大减少了

生产周期，提高了燃料电池的生产效率。

　　无堵塞稳定运行：超声波喷头采用非接触式雾化原理，从根本上解决了传统喷嘴易堵塞的问题，保证了生产

过程的连续性和稳定性，特别适合大规模燃料电池生产。

　　更宽广的工艺窗口：超声波喷涂支持0.01-20ml/min的宽范围微量喷涂，部分设备甚至可达0.05-165ml/min，

这种宽广的工艺参数范围为不同规格的燃料电池开发提供了极大灵活性。

　　04设备特性：超声波喷涂系统核心技术特征

　　现代超声波喷涂系统集成了多种先进技术，以满足燃料电池制造的高标准要求。

　　精准控制系统：配备数字化操作系统，采用多核高速处理多闭环控制，可精准调节流量、雾化频率及喷涂路径。

部分设备位置精度达0.025mm，重复精度达±0.05mm。

　　宽广喷涂范围：有效喷涂面积从120×120mm到300×300mm不等，大型设备最大喷涂面积可达600×600mm，

适配不同规模燃料电池生产需求。

　　温度精确控制：载物基台温度控制范围从室温至150℃，有助于优化催化剂浆料的铺展性和干燥过程，改善涂

层质量。

　　卓越薄膜性能：可实现纳米至微米级薄膜的均匀涂覆，膜厚均匀性偏差控制在极小范围内，满足高性能燃料

电池对催化剂涂层的精确要求。

　　自动化集成能力：采用XYZ三轴可编程运动系统，易于集成至自动化生产线，支持机械手装载和传送带系统，

实现燃料电池的规模化连续生产。