CN112259749A - 一种制备燃料电池膜电极多孔催化层的超声喷涂方法 - Google Patents

一种制备燃料电池膜电极多孔催化层的超声喷涂方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种制备燃料电池膜电极多孔催化层的超声喷涂方法，属于燃料电池制备技术领域。该方法包括以下步骤：步骤S101、配制浆料和溶液；步骤S102、将质子交换膜(50)吸附贴接于超声喷涂设备的喷涂基台上，喷头(10)置于所述质子交换膜(50)上方，将喷涂基台加热至100‑120℃，催化剂浆料流路(20)喷涂；高聚物添加剂溶液辅料流路(30)喷涂；造孔剂溶液辅料流路(40)喷涂；步骤S103、将质子交换膜(50)进行翻面，重复步骤S102对其另一面进行喷涂得到膜电极多孔催化层。通过分立的流量控制器来控制不同喷涂时间时各组分的量以及混合状态，从而可以制备更高电化学性能的多孔催化层。

Description

一种制备燃料电池膜电极多孔催化层的超声喷涂方法
技术领域
本发明属于燃料电池制备技术领域，更具体地说，涉及一种制备燃料电池膜电极多孔催化层的超声喷涂方法。
背景技术
膜电极组件是质子交换膜燃料电池的关键部件之一。膜电极组件主要由质子交换膜电解质层、阴阳极催化层以及气体扩散层构成。其中，在质子交换膜层上制备阴阳极催化层是其中的核心生产步骤，阴阳极催化层的成型品质直接影响着燃料电池整体的发电功率，性能以及寿命。膜电极在发展过程中，可以将膜电极的制备过程可以分为物理方法和化学方法。
其中物理方法包括例如申请号为CN01118347.0的“燃料电池电极催化剂涂布办法”，申请号为CN01818125.2的“催化剂涂层膜的制备方法”，申请号为CN98108618.7的“燃料电池薄电极的制备方法”，申请号为CN01811526.8的“高分子电解质燃料电池以及电极制造方法和制造装置”，申请号为CN201911051563.2的“一种质子交换膜燃料电池催化层及其制备方法”，申请号为CN202010613278.1的“一种燃料电池膜电极催化层的制备方法”，申请号为CN201980004309.9的“一种催化剂层的制备方法”。化学方法包括申请号为CN03117778.6的“质子交换膜燃料电池电极制备新方法”以及Gottesfeld等(S.Gottesfeld，T.Zawodzinski，Adv.Electrochem.Sci.Eng.5(1997))和Taylor等[E.Taylor，E.Anderson.J.Electrochem.Soc.1992，139]发展的方法。
在近代，在现有物理方法的基础上，在质子交换膜层上制备催化层的主要延伸方法包括热压转印法、涂布法以及超声喷涂法。其中，超声喷涂法由于其催化剂浆料均一性好，成膜均匀以及工艺稳定性好，是企业目前制备高性能膜电极的主要方法。目前超声喷涂使用的喷涂设备采用单股流路进料-喷头喷涂，即每种浆料均由一个管路供料，然后由一个独立的喷头喷出，实现催化层的喷涂。在超声喷涂法制备CCM型的电极催化层的过程中，为了获得更好的催化层三相界面及微观结构，其中的难点在于需要对催化层的组分和孔隙率进行调控，然而在催化层的厚度这个尺度上(一般要求的厚度为10μm)，要得到更优化的催化性能难度很大。因此，亟待对现有的超声喷涂设备及工艺进行调整。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有超声喷涂工艺无法满足生产需要的问题，本发明提供一种制备燃料电池膜电极多孔催化层的超声喷涂方法，能够实现超声喷涂制备过程中，对于催化层各组分含量随着喷涂时间的控制，从而完成多孔催化层孔隙率和高聚物添加剂溶液组分含量沿着催化层厚度方向的梯度化配置。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
本发明的燃料电池膜电极多孔催化层的超声喷涂方法，采用超声喷涂设备，包括以下步骤：
步骤S101、配制浆料和溶液
1)、配置催化剂浆料：选用Pt/C、PtCo/C或PtRu/C作为催化剂，在催化剂中加入第一溶剂，所述催化剂与第一溶剂的质量比为1：300；
2)、配置高聚物添加剂溶液：所述高聚物选用
Figure BDA0002738711420000021
或
Figure BDA0002738711420000022
全氟磺酸聚合物，在全氟磺酸聚合物中加入极性溶剂，所述全氟磺酸聚合物与极性溶剂的质量比为1：10-50；
3)、配置造孔剂溶液：所述造孔剂选用碳酸氢铵、碳酸铵或硝酸铵，在造孔剂中加入第二溶剂，所述造孔剂与第二溶剂的质量比为1：10-50；
步骤S102、将质子交换膜吸附贴接于超声喷涂设备的喷涂基台上，喷头置于所述质子交换膜上方，将喷涂基台加热至100-120℃，催化剂浆料流路的流量设定为恒定0.3-0.6mL min-1，喷涂时间为8-15min，铂载量为0.1-0.3mg cm-2；高聚物添加剂溶液辅料流路的流量初始设定为0.6-1.2mL min-1，并按照0.05-0.2mL min-1的速率递减，直至喷涂完毕；造孔剂溶液辅料流路的流量初始设定为0，并按照0.02-0.1mL min-1的速率递增，直至喷涂完毕；
步骤S103、将质子交换膜进行翻面，重复步骤S102对其另一面进行喷涂得到膜电极多孔催化层。
于本发明一种可能的实施方式中，所述超声喷涂设备包括：
一个喷头，所述的喷头包括喷腔及设置在所述喷腔前端的喷嘴，所述喷腔上设有进料口；
进料流路，其包括催化剂浆料流路以及N个辅料流路，所述催化剂浆料流路与N个辅料流路均连接至主管，1≤N≤4且为自然数，所述主管连接进料口，催化剂浆料流路上设置有第一流量控制器，N个辅料流路上分别设置有第二流量控制器、第三流量控制器……第N+1流量控制器；
PLC控制器，用于控制超声喷涂设备的工作，所述第一流量控制器、第二流量控制器、第三流量控制器、……、第N+1流量控制器均电气连接PLC控制器。
于本发明一种可能的实施方式中，所述N的个数为两个，一个为高聚物添加剂溶液辅料流路，另一个为造孔剂溶液辅料流路。
于本发明一种可能的实施方式中，所述第一流量控制器、第二流量控制器、第三流量控制器、……、第N+1流量控制器为液体流量控制器或气体流量控制器(辅料为气体时)。
于本发明一种可能的实施方式中，所述第一溶剂为水与异丙醇、乙二醇和丙三醇中的任意一种或两种的混合物。
于本发明一种可能的实施方式中，所述极性溶剂为水、乙醇或异丙醇。
于本发明一种可能的实施方式中，所述第二溶剂为水、乙醇或异丙醇。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的超声喷涂方法采用多股流路的拓展，实现了催化剂浆料与其他功能化组分，如高聚物添加剂溶液、造孔剂溶液，铂碳催化剂粉体与溶剂制备成浆料，作为主料流路；将高聚物添加剂溶液作为一路辅料流路，或浆料化的造孔剂作为一路辅料流路，并通过各股流路的流量去定量的调节所需要的主-辅料担载比例，并通过分立的流量控制器来控制不同喷涂时间时各组分的量以及混合状态，从而可以制备更高电化学性能的多孔催化层；
(2)本发明辅助流路还可以扩展多路(N＝1、2、3……)，从而提供不同功能性的辅料添加，使得该超声喷涂设备的应用范围广；
(3)本发明采用一个喷头即可，减少喷头的使用数量，节约了生产成本。
附图说明
图1是本发明中超声喷涂设备的结构示意图；
图2为本发明实施例1中获得的膜电极产品数码照片；
图3为本发明实施例2中膜电极阴极催化层的孔隙率随层厚梯度变化的测试结果；
图4是通过实施例2中的参数制备得到的膜电极样品测试的发电性能曲线；
图5是通过对比例1中的参数制备得到的膜电极样品测试的发电性能曲线；
图6是通过对比例2中的参数制备得到的膜电极样品测试的发电性能曲线。
图中标记说明：
10、喷头；11、喷腔；12、喷嘴；13、主管；
20、催化剂浆料流路；21、第一流量控制器；
30、高聚物添加剂溶液辅料流路；31、第二流量控制器；
40、造孔剂溶液辅料流路；41、第三流量控制器；
50、质子交换膜。
具体实施方式
下文对本发明的示例性实施例进行了详细描述。尽管这些示例性实施例被充分详细地描述以使得本领域技术人员能够实施本发明，但应当理解可实现其他实施例且可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明作各种改变。下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。因此，本发明的范围仅由所附权利要求来限定。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
本发明的超声喷涂设备结构示意图如图1所示。该超声喷涂设备包括：一个喷头10，所述的喷头10包括喷腔11及设置在所述喷腔11前端的喷嘴12，所述喷腔11上设有进料口；进料流路，其包括催化剂浆料流路20以及N个辅料流路，所述催化剂浆料流路20与N个辅料流路均连接至主管13，主管13可以设置多个支管口，支管口上设置快接头，便于快速的安装辅料流路，1≤N≤4且为自然数，优选的，所述N的个数为两个，一个为高聚物添加剂溶液辅料流路30，另一个为造孔剂溶液辅料流路40。
进一步的，所述主管13连接进料口，催化剂浆料流路20上设置有第一流量控制器21，N个辅料流路上分别设置有第二流量控制器31、第三流量控制器41……第N+1流量控制器；PLC控制器(图中未标注)，用于控制超声喷涂设备的工作，所述第一流量控制器21、第二流量控制器31、第三流量控制器41、……、第N+1流量控制器均电气连接PLC控制器。需要说明的是，本发明的PLC控制器为超声喷涂设备自带的PLC控制器，其中内置的控制程序为现有的，本发明需要对相关程序的参数进行调整即可，不涉及到程序的重新编写。
优选的，所述第一流量控制器21、第二流量控制器31、第三流量控制器41、……、第N+1流量控制器为液体流量控制器或气体流量控制器，液体流量控制器和气体流量控制器均由市场购买得到。
本发明的一种燃料电池膜电极多孔催化层的超声喷涂方法，采用上述的超声喷涂设备，包括以下步骤：
步骤S101、配制浆料和溶液
1)、配置催化剂浆料：选用Pt/C、PtCo/C或PtRu/C作为催化剂，在催化剂中加入第一溶剂，所述催化剂与第一溶剂的质量比为1：300；所述第一溶剂为水与异丙醇、乙二醇和丙三醇中的任意一种或两种的混合物；
2)、配置高聚物添加剂溶液：所述高聚物选用
Figure BDA0002738711420000041
或
Figure BDA0002738711420000042
全氟磺酸聚合物，在全氟磺酸聚合物中加入极性溶剂，所述全氟磺酸聚合物与极性溶剂的质量比为1：10-50；所述极性溶剂为水、乙醇或异丙醇；
3)、配置造孔剂溶液：所述造孔剂选用碳酸氢铵、碳酸铵或硝酸铵，在造孔剂中加入第二溶剂，所述造孔剂与第二溶剂的质量比为1：10-50；所述第二溶剂为水、乙醇或异丙醇；
步骤S102、将质子交换膜吸附贴接于超声喷涂设备的喷涂基台上，喷头置于所述质子交换膜上方，将喷涂基台加热至100-120℃，催化剂浆料流路的流量设定为恒定0.3-0.6mL min-1，喷涂时间为8-15min，铂载量为0.1-0.3mg cm-2；高聚物添加剂溶液辅料流路的流量初始设定为0.6-1.2mL min-1，并按照0.05-0.2mL min-1的速率递减，直至喷涂完毕；造孔剂溶液辅料流路的流量初始设定为0，并按照0.02-0.1mL min-1的速率递增，直至喷涂完毕；
步骤S103、将质子交换膜50进行翻面，重复步骤S102对其另一面进行喷涂得到膜电极多孔催化层。
正如背景技术中记载的，在超声喷涂法制备CCM型的电极催化层的发展过程中，为了获得更好的催化层三相界面及微观结构，其中的难点在于需要对催化层的组分和孔隙率进行调控；另外，发明人还发现由于高聚物添加剂中的磺酸根离子会对催化剂上的铂纳米颗粒起到毒化作用。
尤其对于厚度为10μm的催化层，由于存在上述的困难，以及10μm的厚度，要想在质子交换膜上实现梯度化设计，难度是很大的。本发明的发明人经过大量的试验和分析，通过对高聚物添加剂溶液的浓度和催化层的孔隙率进行梯度化设计，从最内部的质子交换膜层到最外部的气体扩散层，高聚物添加剂组分占比可以逐渐降低，从而可以逐渐提高催化层的孔隙率；因此本发明的超声喷涂设备采用多股流路的拓展，催化剂浆料与其他功能化组分，如高聚物添加剂溶液、造孔剂溶液，铂碳催化剂粉体与溶剂制备成浆料，作为主料流路；将高聚物添加剂溶液作为一路辅料流路，或浆料化的造孔剂作为一路辅料流路，并通过各股流路的流量去定量的调节所需要的主-辅料担载比例，对于催化层各组分含量随着喷涂时间的控制，从而完成多孔催化层孔隙率和高聚物添加剂溶液组分含量沿着催化层厚度方向的梯度化配置，在微观区域内将铂碳催化剂与高聚物分开分布，形成数十到数百纳米范畴的间距，这样既能够发挥催化剂的高催化活性，又能够保证催化层内的质子传导通畅。
此外，本发明所得到的多孔催化层在燃料电池膜电极中应用，在标准测试条件下采用PtCo/C原料时，膜电极额定发电功率可以达到710mW cm-2@0.6V，峰值发电功率可以达到1025mW cm-2，并且，在有效提高膜电极的发电功率的同时，通过这种多孔催化层的梯度化浓度设计，还能够优化膜电极内的水-气管理，使得原料气从流场管路向催化层的内部的扩散更加高效，提高了膜电极在各种极端工况(水淹，干旱，缺气)下的耐受能力，使制备得到的膜电极产品能够更加耐用。
实施例1
具体而言，在喷涂25cm2尺寸的阴极催化层过程中，所用的铂碳催化剂为市售高表面碳担载的PtCo/C(60wt％)，所用溶剂为水、异丙醇和丙三醇，四者的质量比为1：50：245：5，催化剂浆料固含量为0.33wt％；使用的高聚物添加剂为Nafion D520，使用异丙醇稀释至1wt％；使用的造孔剂为碳酸铵，溶剂为水，造孔剂固含量为2wt％。
喷涂时，基台温度设定为120℃，催化剂浆料流路的流量设定为恒定0.48mL min-1，喷涂时间为10min，铂载量为0.3mg cm-2(考虑喷涂损耗)。高聚物添加剂溶液流路的流量初始设定为1.2mL min-1，并按照0.2mL min-1的速率递减，直至喷涂完毕总共6.0mL的物料，最小速率为0.1mL min-1。造孔剂流路的流量初始设定为0，并按照0.05mL min-1的速率递增，直至喷涂完毕总共1.5mL的物料，最大速率为0.2mL min-1。使用该工艺参数制备得到的膜电极阴极多孔催化层，在标准测试条件下，膜电极额定发电功率可以达到710mW cm-2@0.6V，峰值发电功率为1025mW cm-2。其产品数码照片如图2所示。
实施例2
在喷涂25cm2尺寸的阴极催化层过程中，所用的铂碳催化剂为庄信万丰公司生产的Pt/C(20wt％)，所用溶剂为水和乙醇，三者的质量比为1：70：230，催化剂浆料固含量为1.0wt％。使用的高聚物添加剂为Nafion D520，使用异丙醇稀释至2wt％。使用的造孔剂为碳酸氢铵，溶剂为水和乙醇1：0.2的复合物，造孔剂固含量为1wt％。
喷涂时，基台温度设定为100℃，催化剂浆料流路的流量设定为恒定0.48mL min-1，喷涂时间为10min，铂载量为0.3mg cm-2(考虑喷涂损耗)。高聚物添加剂溶液流路的流量初始设定为1.2mL min-1，并按照0.2mL min-1的速率递减，直至喷涂完毕总共6.0mL的物料，最小速率为0.1mL min-1。造孔剂流路的流量初始设定为0，并按照0.1mL min-1的速率递增，直至喷涂完毕总共3.0mL的物料，最大速率为0.4mL min-1。获得的样品其阴极催化层内孔隙率随层厚度的梯度变化情况如图3所示。使用该工艺参数制备得到的膜电极阴极多孔催化层，在标准测试条件下，膜电极额定发电功率可以达到670mW cm-2@0.6V，峰值发电功率为894mWcm-2，其电性能图如图4所示。
实施例3
在喷涂25cm2尺寸的阴极催化层过程中，所用的铂碳催化剂为PtRu/C(20wt％，阳极)和Pt/C(20wt％，阴极)，所用溶剂为水和丙三醇，三者的质量比为1：70：230，催化剂浆料固含量为1.0wt％。使用的高聚物添加剂为
Figure BDA0002738711420000061
D83，使用乙醇稀释至1.25wt％。使用的造孔剂为碳酸氢铵，溶剂为水和异丙醇1：0.2的复合物，造孔剂固含量为1.25wt％。
喷涂时，基台温度设定为110℃，催化剂浆料流路的流量设定为恒定0.32mL min-1，喷涂时间为15min，铂载量为0.3mg cm-2(考虑喷涂损耗)。高聚物添加剂溶液流路的流量初始设定为2mL min-1，并按照0.1mL min-1的速率递减，直至喷涂完毕总共12mL的物料，最小速率为0.02mL min-1。造孔剂流路的流量初始设定为0，并按照0.2mL min-1的速率递增，直至喷涂完毕总共5mL的物料，最大速率为0.5mL min-1。使用该工艺参数制备得到的膜电极阴极多孔催化层，在标准测试条件下，膜电极额定发电功率可以达到692mW cm-2@0.6V，峰值发电功率为950mW cm-2。
实施例4
在喷涂25cm2尺寸的阴极催化层过程中，所用的铂碳催化剂为PtRu/C(20wt％)，所用溶剂为水和异丙醇，三者的质量比为1：70：230，催化剂浆料固含量为2.0wt％。使用的高聚物添加剂为
Figure BDA0002738711420000071
D98，使用异丙醇稀释至1wt％。使用的造孔剂为硝酸铵，溶剂为水和乙醇1：0.2的复合物，造孔剂固含量为1.7wt％。
喷涂时，基台温度设定为100℃，催化剂浆料流路的流量设定为恒定0.6mL min-1，喷涂时间为8min，铂载量为0.3mg cm-2(考虑喷涂损耗)。高聚物添加剂溶液流路的流量初始设定为0.6mL min-1，并按照0.05mL min-1的速率递减，直至喷涂完毕总共4mL的物料，最小速率为0.03mL min-1。造孔剂流路的流量初始设定为0，并按照0.08mL min-1的速率递增，直至喷涂完毕总共3.7mL的物料，最大速率为0.1mL min-1。使用该工艺参数制备得到的膜电极阴极多孔催化层，在标准测试条件下，膜电极额定发电功率可以达到590mW cm-2@0.6V，峰值发电功率为720mW cm-2。
实施例5
在喷涂25cm2尺寸的阴极催化层过程中，所用的铂碳催化剂为庄信万丰公司生产的Pt/C(20wt％)，所用溶剂为水、乙醇和异丙醇，四者的质量比为1：60：235：5，催化剂浆料固含量为1.0wt％。使用的高聚物添加剂为Nafion D521，使用异丙醇稀释至1wt％。使用的造孔剂为硝酸铵，溶剂为水和异丙醇1：0.2的复合物，造孔剂固含量为1.5wt％。
喷涂时，基台温度设定为120℃，催化剂浆料流路的流量设定为恒定0.4mL min-1，喷涂时间为12min，铂载量为0.1mg cm-2(考虑喷涂损耗)。高聚物添加剂溶液流路的流量初始设定为0.5mL min-1，并按照0.05mL min-1的速率递减，直至喷涂完毕总共2.7mL的物料，最小速率为0mL min-1。造孔剂流路的流量初始设定为0，并按照0.02mL min-1的速率递增，直至喷涂完毕总共1.6mL的物料，最大速率为0.08mL min-1。使用该工艺参数制备得到的膜电极阴极多孔催化层，在标准测试条件下，膜电极额定发电功率可以达到420mW cm-2@0.6V，峰值发电功率为560mW cm-2。
对比例1
该对比例与实施例2的基本一致，不同之处在于为不使用造孔剂辅助流路。
在喷涂25cm2尺寸的阴极催化层过程中，所用的铂碳催化剂为庄信万丰公司生产的Pt/C(20wt％)，所用溶剂为水和乙醇，三者的质量比为1：70：230，催化剂浆料固含量为1.0wt％。使用的高聚物添加剂为Nafion D520，使用异丙醇稀释至0.1wt％。
喷涂时，基台温度设定为110℃，催化剂浆料流路的流量设定为恒定0.48mL min-1，喷涂时间为10min，铂载量为0.3mg cm-2(考虑喷涂损耗)。高聚物添加剂流路的流量初始设定为1.2mL min-1，并按照0.2mL min-1的速率递减，直至喷涂完毕总共6.0mL的物料，最小速率为0.1mL min-1。使用该工艺参数制备得到的膜电极阴极多孔催化层，在标准测试条件下，膜电极额定发电功率则为624mW cm-2@0.6V，峰值发电功率降低为813mW cm-2，其电性能图如图5所示。从实施例2与对比例1的电化学性能的结果对比表明，使用本专利中的辅助流路方法制备梯度化多孔结构催化层能够显著提升其电化学性能。
对比例2
该对比例与实施例2的基本一致，不同之处在于为不添加外置高聚物添加剂和造孔剂辅助流路的传统单一流路+单一超声喷头方式进行膜电极的制备。
在喷涂25cm2尺寸的阴极催化层过程中，所用的铂碳催化剂为庄信万丰公司生产的Pt/C(20wt％)，在浆料中的含量为1.0wt％，所用溶剂为水和乙醇，三者的质量比为1：70：230，喷涂时，基台温度设定为110℃，催化剂浆料流路的流量设定为恒定0.48mL min-1，喷涂时间为10min，铂载量为0.3mg cm-2(考虑喷涂损耗)。使用该工艺参数制备得到的膜电极阴极多孔催化层，在标准测试条件下，膜电极额定发电功率则为558mW cm-2@0.6V，峰值发电功率降低为647mW cm-2，其电性能图如图6所示。
通过对比例1和对比例2可以发现，在相同条件下，本发明的质子交换膜上可以形成梯度化的催化层，这样的结构是现有技术无法得到的，也不是添加高聚物添加剂和造孔剂就可以形成的，需要发明人发现问题，然后形成了本发明的技术方案。
本文中应用了具体实施例对本发明结构及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种燃料电池膜电极多孔催化层的超声喷涂方法，其特征在于，采用超声喷涂设备，包括以下步骤：
步骤S101、配制浆料和溶液
1)、配置催化剂浆料：选用Pt/C、PtCo/C或PtRu/C作为催化剂，在催化剂中加入第一溶剂，所述催化剂与第一溶剂的质量比为1：300；
2)、配置高聚物添加剂溶液：所述高聚物选用
Figure FDA0002738711410000011
或
Figure FDA0002738711410000012
全氟磺酸聚合物，在全氟磺酸聚合物中加入极性溶剂，所述全氟磺酸聚合物与极性溶剂的质量比为1：10-50；
3)、配置造孔剂溶液：所述造孔剂选用碳酸氢铵、碳酸铵或硝酸铵，在造孔剂中加入第二溶剂，所述造孔剂与第二溶剂的质量比为1：10-50；
步骤S102、将质子交换膜(50)吸附贴接于超声喷涂设备的喷涂基台上，喷头(10)置于所述质子交换膜(50)上方，将喷涂基台加热至100-120℃，催化剂浆料流路(20)的流量设定为恒定0.3-0.6mL min-1，喷涂时间为8-15min，铂载量为0.1-0.3mg cm-2；高聚物添加剂溶液辅料流路(30)的流量初始设定为0.6-1.2mL min-1，并按照0.05-0.2mL min-1的速率递减，直至喷涂完毕；造孔剂溶液辅料流路(40)的流量初始设定为0，并按照0.02-0.1mL min-1的速率递增，直至喷涂完毕；
步骤S103、将质子交换膜(50)进行翻面，重复步骤S102对其另一面进行喷涂得到膜电极多孔催化层。
2.根据权利要求1所述的燃料电池膜电极多孔催化层的超声喷涂方法，其特征在于，所述超声喷涂设备包括：
一个喷头(10)，所述的喷头(10)包括喷腔(11)及设置在所述喷腔(11)前端的喷嘴(12)，所述喷腔(11)上设有进料口；
进料流路，其包括催化剂浆料流路(20)以及N个辅料流路(30；40)，所述催化剂浆料流路(20)与N个辅料流路均连接至主管(13)，1≤N≤4且为自然数，所述主管(13)连接进料口，催化剂浆料流路(20)上设置有第一流量控制器(21)，N个辅料流路上分别设置有第二流量控制器(31)、第三流量控制器(41)……第N+1流量控制器；
PLC控制器，用于控制超声喷涂设备的工作，所述第一流量控制器(21)、第二流量控制器(31)、第三流量控制器(41)、……、第N+1流量控制器均电气连接PLC控制器。
3.根据权利要求2所述的燃料电池膜电极多孔催化层的超声喷涂方法，其特征在于，所述N的个数为两个，一个为高聚物添加剂溶液辅料流路(30)，另一个为造孔剂溶液辅料流路(40)。
4.根据权利要求3所述的燃料电池膜电极多孔催化层的超声喷涂方法，其特征在于，所述第一流量控制器(21)、第二流量控制器(31)、第三流量控制器(41)、……、第N+1流量控制器为液体流量控制器或气体流量控制器。
5.根据权利要求1所述的燃料电池膜电极多孔催化层的超声喷涂方法，其特征在于，所述第一溶剂为水与异丙醇、乙二醇和丙三醇中的任意一种或两种的混合物。
6.根据权利要求5所述的燃料电池膜电极多孔催化层的超声喷涂方法，其特征在于，所述极性溶剂为水、乙醇或异丙醇。
7.根据权利要求6所述的燃料电池膜电极多孔催化层的超声喷涂方法，其特征在于，所述第二溶剂为水、乙醇或异丙醇。
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