超声喷涂法制MEA：燃料电池核心部件的高效制备技术

　　在新能源产业快速发展的当下，燃料电池作为清洁高效的能源转换装置，成为氢能利用的核心方向。膜电极组件

（MEA）作为燃料电池的“心脏”，其制备工艺直接决定燃料电池的性能与成本。超声喷涂法凭借涂层均匀、材料利用

率高、工艺可控性强等优势，逐渐成为MEA制备的主流技术之一，推动燃料电池产业化进程加速。

　　超声喷涂法制备MEA的核心原理，是利用超声波振动将催化剂墨水雾化成微米级的细小液滴，通过气流精准沉积到

质子交换膜或气体扩散层表面，形成均匀的催化层。与传统的刮涂法、丝网印刷法相比，超声喷涂法从根源上解决了涂层

厚度不均、催化剂团聚、材料浪费等问题。超声波的高频振动让催化剂墨水雾化更充分，液滴粒径分布更窄，沉积后的催化

层孔隙结构更合理，能有效提升反应气体的传质效率和电化学反应速率。

　　在实际制备过程中，超声喷涂法的工艺参数控制是关键。首先是催化剂墨水的配制，需将铂基催化剂、离子交换树脂、

溶剂按一定比例混合，通过高速搅拌和超声分散形成稳定的悬浮液，墨水的粘度、固含量直接影响雾化效果和涂层质量。

其次是超声喷涂的核心参数，包括超声频率、喷涂速度、喷头与基底的距离、载气流量等。一般来说，超声频率在20-120kHz

范围内调整，频率越高，雾化液滴越细；喷涂速度和距离则需根据基底尺寸和涂层厚度精准匹配，确保催化层厚度均匀性

控制在±5μm以内。此外，基底的温度也会影响溶剂挥发速度，进而改变催化层的微观结构，需通过温控台实时调节。

　　超声喷涂法在MEA制备中的优势还体现在材料利用率上。传统刮涂法的催化剂利用率仅为60%左右，大量贵金属催化剂

因流平不均或边缘浪费被损耗；而超声喷涂法通过精准的雾化沉积，催化剂利用率可提升至90%以上，大幅降低了燃料电池的

贵金属成本。同时，该工艺具备良好的兼容性，既能适用于小面积实验室级MEA制备，也可通过卷对卷连续喷涂设备实现大

面积、规模化的工业生产，满足不同场景的应用需求。

　　从应用场景来看，采用超声喷涂法制备的MEA，在质子交换膜燃料电池（PEMFC）中表现尤为突出。在氢燃料电池汽车、

分布式发电、便携式电源等领域，基于超声喷涂法制备的MEA展现出更高的功率密度和更长的循环寿命。测试数据显示，采用

超声喷涂法制备的MEA，其峰值功率密度可达1.8W/cm²以上，相比传统工艺提升约20%，且在连续运行1000小时后，性能衰减

率低于5%，稳定性显著提升。

　　随着氢能产业政策的持续加码，燃料电池对MEA的性能要求不断提高，超声喷涂法也在不断优化升级。目前，科研人员正通过

改进喷头结构、开发新型超声雾化装置、优化催化剂墨水配方等方式，进一步提升催化层的耐久性和抗水淹能力。同时，无铂催化剂

与超声喷涂法的结合研究也在推进，有望从根本上解决贵金属依赖问题，推动燃料电池成本进一步下降。

　　超声喷涂法凭借独特的技术优势，成为MEA制备工艺的重要突破，为燃料电池的性能提升和成本降低提供了关键支撑。在氢能

产业迎来发展风口的背景下，超声喷涂法将持续推动MEA制备技术的迭代升级，助力燃料电池在交通、能源、化工等领域的广泛应

用，加速清洁低碳的能源转型进程。