催化剂超声喷涂技术：精密涂覆的未来与高效推广指南

研究显示，高频超声波在喷头表面形成“毛细波”，将催化剂浆料轻柔破碎为微米/纳米级雾滴。这种物理结构从

根本上杜绝了喷头堵塞的可能性。

你正在实验室中制备燃料电池膜电极，高价值的铂碳催化剂浆料再次堵塞了喷头，昂贵的样品和一天的工作时间都

浪费了。而超声波喷涂技术则让这种困扰成为历史。

01 技术原理

超声喷涂是一种利用超声波雾化技术实现的精密喷涂工艺。其核心在于通过高频声波将催化剂溶液、溶胶或悬浮液等

液体涂料转化为微米级雾化颗粒，再借助载流气体将这些精细颗粒定向沉积在基材表面，形成均匀涂层。

与依赖高压气体辅助的传统二流体喷涂不同，超声喷涂的雾化过程完全由超声波喷头完成，该喷头包含超声波发生器

与换能器，通过液体表面驻波破碎实现颗粒细化。

催化剂超声喷涂的工作原理看似简单却极为精密。超声波喷头在高频振动下，使流经其表面的催化剂浆料形成稳定的

毛细波。

当这些波的振幅达到临界点时，液滴从波峰脱离，形成尺寸均一的微细雾滴。

02 核心优势

催化剂超声喷涂技术相比传统喷涂方法具有多重显著优势。涂层均匀度超过95%，原料利用率达传统工艺的4倍以上，

可制备数十纳米级薄膜。

在新能源领域的实际应用中，性能提升更为显著。有研究使用超声喷涂技术制备质子交换膜燃料电池电极时，功率

密度比传统气压雾化喷涂枪提高了2.5倍。

原料利用率极高是这项技术的突出特点。由于雾化过程无需高压气体，极大程度减少了液体反弹和飞溅，原料利用率

最高可达90%以上。

对实验室科研而言，这意味着昂贵催化剂（如铂碳）的显著节约。

喷头不堵塞的特点则解决了科研人员的长期痛点。传统气动喷头依赖高压挤送浆料通过微孔，易因浆料颗粒滞留或

溶剂挥发导致堵塞。

超声喷涂的雾化结构使浆料不流经喷头内部，从物理结构上杜绝了堵塞可能。

涂层厚度控制也是超声喷涂的强项。通过高精度的计量泵控制雾化喷涂的涂料液体流量，可实现纳升每秒级别的

控制精度，使干膜厚度可低至数十纳米。

03 实际应用

在质子交换膜燃料电池领域，催化剂超声喷涂已经成为高性能电极制造的关键技术。研究显示，通过该技术制备的

气体扩散电极面积可达400 cm²，铂负载量可精确调整至0.4 mg Pt/cm²。

多层喷涂技术的应用进一步优化了电极性能。这种工艺保留了电极的多孔性，防止了涂层过程中的电极表面淹没问题，

并增强了燃料电池运行期间反应物的传输。

对于实验室环境，市场已推出专门设计的桌面型超声喷涂仪。这些设备体积小巧（约630*600*630mm），支持从数

平方厘米的小样至20×20cm²的实验电极，完美匹配实验室MEA研发全阶段。

催化剂墨水的性质对喷涂效果有显著影响。研究指出，当粘度在临界值以下时，增加粘度可获得较好的喷雾质量，但

超过临界值时墨水将不能正常被雾化。 此外，引入适当的导气气流可有效减少液滴碰撞聚合，提高喷涂质量。

04 与传统技术对比

为了清晰展示超声喷涂技术的优势，我们可以将其与传统喷涂技术进行系统比较：

技术参数与案例数据的展示能极大增强内容权威性。研究显示，包含具体数据和实验结果的行业内容，其专业性

和可信度明显高于一般性介绍。

配备了磁力搅拌功能的台式超声喷涂仪正在实验室中运行，边喷边搅拌保证了浆料不沉淀、不分层。

当一块400cm²的燃料电池电极从喷涂仪中取出，其表面的催化剂涂层均匀如镜，铂载量精确控制在0.4mg/cm²。

未来，随着超声波频率的进一步提升和自动化控制系统的完善，纳米级精度的催化剂涂覆将成为新能源、电子和生物

医疗领域的标准工艺。