超声喷涂技术：质子交换膜燃料电池制造的革新引擎

　　在追求高效、清洁能源的全球浪潮中，质子交换膜燃料电池（PEMFC）因其高能量密度、低温快速启动和零排放等

优势，被视为交通、固定电站及便携式电源领域的革命性技术。而作为PEMFC的“心脏”，质子交换膜（PEM）及其催化

剂涂覆膜（CCM）的质量直接决定了电池的性能、寿命与成本。近年来，超声喷涂技术异军突起，正以其卓越的精密性、

高效性和材料利用率，成为制备高性能质子膜电极组件（MEA）的关键革新工艺，引领着燃料电池制造向更高层次迈进。

　　技术解析：当超声波赋能精密喷涂

　　传统喷涂或刮涂技术制备催化剂层时，常面临均匀性控制难、贵金属铂（Pt）利用率低、浆料渗透不当以及生产一致

性差等挑战。超声喷涂技术则巧妙地利用了超声波的能量，从根本上改变了喷涂的物理过程。

　　其核心原理在于，高频电信号通过压电换能器转化为机械振动，产生高频超声波。这种振动传递至喷涂喷嘴，作用于

流经的催化剂浆料（通常为Pt/C催化剂、离聚物与溶剂的均匀混合物）。在超声波强大的空化效应与振动作用下，浆料

在喷嘴尖端被高效雾化，形成极其细微、均匀且低速度的浆料雾滴。

　　这一特性带来了革命性的优势：

　　超凡的均匀性与一致性：超声雾化产生的液滴尺寸分布范围窄，喷射流稳定，能够在质子膜或气体扩散层（GDL）

上形成厚度均匀、平整的催化剂薄层。这确保了反应活性位点分布均一，是提升电池性能一致性的关键。

　　极高的材料利用率与节约成本：喷涂方向性强，飘散损耗极低，材料利用率可高达95%以上，显著减少了昂贵的

铂系催化剂的浪费，直接降低了MEA的生产成本。

　　卓越的工艺控制与灵活性：通过精确控制超声功率、流速、基材温度及喷头移动轨迹，可实现纳米级到微米级厚度

范围的精准涂覆，轻松制备超低铂载量（甚至<0.1mg/cm²）或梯度化设计的催化剂层，满足不同性能需求。

　　温和的涂覆过程：浆料雾滴速度低，对多孔脆弱的质子膜（如Nafion膜）或GDL基底冲击力小，有效避免了基底

损伤或催化剂不当渗入，保障了膜电极的结构完整性。

　　核心应用：打造高性能膜电极

　　在质子交换膜燃料电池的制造中，超声喷涂技术主要应用于两大核心环节：

　　直接喷涂法制备CCM：这是目前最先进、最主流的高性能MEA制备路线。技术直接将催化剂浆料精密喷涂在

纯净的质子交换膜两侧（阳极和阴极）。这种方法能实现催化剂与质子膜的紧密结合，优化三相反应界面，大幅降低

界面阻抗，从而显著提升电池的功率密度和运行效率。超声喷涂因其对膜的“零损伤”特性，成为该工艺的首选。

　　气体扩散层（GDL）涂覆：亦可选择将催化剂层先喷涂在GDL上，制备气体扩散电极（GDE），再与质子膜热压

合成MEA。超声喷涂能确保催化剂均匀覆盖GDL的微孔结构表面，形成良好的导电与传质通道。

　　工艺优势：驱动燃料电池产业化

　　对比丝网印刷、刮涂、溅射等传统技术，超声喷涂展现出全方位的产业化优势：

　　提升电池性能：制备的电极催化剂分布均匀，反应界面优化，显著提高了铂利用率和电池的电压-电流性能。

　　保证批次稳定性：自动化、数字化的过程控制，确保了大规模生产中每个MEA产品性能的高度一致，这是燃料电池

汽车商业化应用的生命线。

　　实现超低载量：为应对贵金属成本挑战，超声喷涂是实现超低铂载量催化剂层制备最可行、最可控的工艺路径之一。

　　适应未来材料：随着高温质子交换膜、无氟膜等新材料体系的发展，以及非贵金属催化剂的探索，超声喷涂工艺的

适应性和可控性使其成为理想的兼容平台。

　　展望未来：精密智造，助力绿色能源革命

　　随着全球氢能产业的爆发式增长，对高性能、低成本、长寿命膜电极的需求日益迫切。超声喷涂技术正不断与机器

学习、机器视觉和在线质量监测等智能技术融合，向全自动化、智能化、高通量的“智造”方向发展。它不仅是解决当前

PEMFC制造痛点的利器，更是推动下一代燃料电池技术（如阴离子交换膜燃料电池AEMFC）研发与量产的关键使能技术。

　　超声喷涂技术以其无可比拟的精密涂覆能力，正在深刻重塑质子交换膜燃料电池的制造格局。它如同一位高超的

“微雕大师”，以超声波为刻刀，在方寸之膜上精心构筑高效的能量转化界面，为加速氢燃料电池的商业化进程，驱动全球

绿色能源转型注入强劲而持久的动力。选择并优化超声喷涂工艺，已成为燃料电池领域抢占技术制高点、赢得未来市场竞争

的必然选择。