CN115133043A - 一种含梯度化阴极催化层的膜电极及其制备方法和应用 - Google Patents

一种含梯度化阴极催化层的膜电极及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种含梯度化阴极催化层的膜电极及其制备方法和应用。所述膜电极包括阴极催化层、质子交换膜和气体扩散层，所述阴极催化层包括第一催化层、第二催化层和第三催化层；所述质子交换膜与第一催化层相连，所述第一催化层依次连接所述第二催化层和第三催化层，所述第三催化层与气体扩散层相连；所述阴极催化层的原料包括含铂催化剂和全氟磺酸离聚物。本发明中膜电极中阴极催化层以梯度化的形式存在，通过梯度化设计，实现阴极催化层孔隙由质子交换膜侧向气体扩散层侧的增大，提高水气传输降低传质损失，同时提高铂颗粒的利用，提升燃料电池性能。

Description

一种含梯度化阴极催化层的膜电极及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及燃料电池领域，涉及一种含梯度化阴极催化层的膜电极及其制备方法和应用。
背景技术
质子交换膜燃料电池具有较高的能量转换效率和无污染的特点，在未来可持续能源体系建设中占据不可替代的作用。燃料电池技术已成功应用于许多应用，如电网固定发电、汽车和便携式电力设备。日本、韩国、美国、欧洲国家和中国先后制定了燃料电池的愿景和路线图，并引领了燃料电池电动汽车的商业化。近几年，丰田、本田和现代等公司开始在市场引入质子交换膜燃料电池动力汽车。然而，目前质子交换膜燃料电池的产业化进程仍然面临着成本过高、寿命较短等问题。
膜电极是质子交换膜燃料电池的核心部件，为质子交换膜燃料电池提供了多相物质传递的微通道和电化学反应场所，为了实现燃料电池商业化目标，需要制备高功率密度、低铂载量、耐久性好的膜电极。催化层是膜电极电化学反应场所，又是气体、水、电子、质子等物质的传递通道。先进的阴极催化层设计可以提高质子交换膜燃料电池的功率性能和耐久性，从而降低燃料电池的成本。为了实现上述要求，可以通过对催化层结构进行改进提高催化层性能，其中催化层梯度化结构设计是非常有效的途径。
CN110993960A公开了一种强化催化剂耐久性的燃料电池阴极催化层结构，从靠近扩散层侧区域到靠近质子交换膜侧区域方向依次排列的第一催化部、第二催化部、第三催化部。内部的纯铂催化剂的铂载量依次递减，催化剂颗粒的平均粒径依次递增。大粒径的纯铂催化剂更耐腐蚀，小粒径的纯铂催化剂提高燃料电池的初始性能，便于减小电势扫描下催化剂比表面积损失。
CN110880604A公开了一种质子交换膜燃料电池膜电极三层有序梯度化的阴极催化层及其制备方法。三层有序梯度化的阴极催化层的碳含量从阴极内催化层、阴极中间催化层至阴极外催化层逐步增加，且碳颗粒之间具有一定的空隙且分布均匀，使得阴极催化层中的孔隙率从阴极内至阴极外逐步增大，有利于及时排除反应过程中的生成水，以防止质子交换膜燃料电池膜电极水淹。
上述方案所述阴极催化层存在膜电极性能差或耐久性差的问题，因此，开发一种性能好且耐久性好的阴极催化层是十分必要的。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种含梯度化阴极催化层的膜电极及其制备方法和应用。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的目的之一在于提供一种含梯度化阴极催化层的膜电极，所述膜电极包括阴极催化层、质子交换膜和气体扩散层，所述阴极催化层包括第一催化层、第二催化层和第三催化层。
所述质子交换膜与第一催化层相连，所述第一催化层依次连接所述第二催化层和第三催化层，所述第三催化层与气体扩散层相连。
所述阴极催化层的原料包括含铂催化剂和全氟磺酸离聚物。
本发明中膜电极中阴极催化层以梯度化的形式存在，通过梯度化设计，实现阴极催化层孔隙由质子交换膜侧向气体扩散层侧的增大，提高水气传输降低传质损失，同时提高铂颗粒的利用，提升燃料电池性能。
作为本发明优选的技术方案，所述含铂催化剂包括铂碳催化剂。
优选地，以铂碳催化剂的质量为100％计，所述铂碳催化剂中铂的质量分数为20～70％，其中所述质量分数可以是20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％或70％等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述膜电极的阴极催化层中铂的总载量为0.35～0.45mg/cm3，其中所述总载量可以是0.35mg/cm3、0.36mg/cm3、0.37mg/cm3、0.38mg/cm3、0.39mg/cm3、0.40mg/cm3、0.41mg/cm3、0.42mg/cm3、0.43mg/cm3、0.44mg/cm3或0.45mg/cm3等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述第一催化层中铂含量>第二催化层中铂含量>第三催化层中铂含量。
作为本发明优选的技术方案，所述全氟磺酸离聚物包括Nafion、Aquivion或3MPFSA中的任意一种。
优选地，所述第一催化层中全氟磺酸离聚物、第二催化层中全氟磺酸离聚物和第三催化层中全氟磺酸离聚物相同。
作为本发明优选的技术方案，以第一催化层的质量为100％计，所述第一催化层中全氟磺酸离聚物的质量分数为30～35％，其中所述质量分数可以是30％、31％、32％、33％、34％或35％等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，以第二催化层的质量为100％计，所述第二催化层中全氟磺酸离聚物的质量分数为25～30％，其中所述质量分数可以是25％、26％、27％、28％、29％或30％等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，以第三催化层的质量为100％计，所述第三催化层中全氟磺酸离聚物的质量分数为15～25％，其中所述质量分数可以是15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％或25％等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述第一催化层的孔隙<第二催化层的孔隙<第三催化层的孔隙。
优选地，所述第一催化层的厚度、第二催化层的厚度和第三催化层的厚度相等。
优选地，所述阴极催化层的厚度为12～18μm，其中所述厚度可以是12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm或18μm等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明的目的之二在于提供一种如目的之一所述的含梯度化阴极催化层的膜电极的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将含铂催化剂、超纯水、分散溶剂和全氟磺酸离聚物溶液按照第一比例混合后得到第一催化剂浆液，将含铂催化剂、超纯水、分散溶剂和全氟磺酸离聚物溶液按照第二比例混合后得到第二催化剂浆液，和将含铂催化剂、超纯水、分散溶剂和全氟磺酸离聚物溶液按照第三比例混合后得到第三催化剂浆液；
(2)在质子交换膜上依次涂覆上步骤(1)所述第一催化剂浆液、第二催化剂浆液和第三催化剂浆液后，干燥得到阴极催化层，在所述阴极催化层与气体气体扩散层组装，得到所述膜电极。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述分散溶剂包括正丙醇、异丙醇、乙二醇、丙二醇、正丁醇或乙醇中的任意一种或两种的组合，其中所述组合典型但非限制性实例有：正丙醇和异丙醇的组合、异丙醇和乙二醇的组合、乙二醇和丙二醇的组合、丙二醇和正丁醇的组合或正丁醇和乙醇的组合等。
优选地，所述全氟磺酸离聚物溶液中的溶质为全氟磺酸离聚物。
优选地，所述全氟磺酸离聚物溶液中的溶剂包括水和/或挥发性有机溶剂。
优选地，所述挥发性有机溶剂包括乙醇、正丙醇或混合醚中的任意一种或至少两种的组合，其中所述组合典型但非限制性实例有：乙醇和正丙醇的组合、正丙醇和混合醚的组合或乙醇和混合醚的组合等。
优选地，所述全氟磺酸离聚物包括Nafion、Aquivion或3M PFSA中的任意一种。
优选地，步骤(1)所述第一比例混合中，所述含铂催化剂、超纯水、分散溶剂和全氟磺酸离聚物溶液的质量比为(0.08～1.25)：(21～25)：(60～66)：(11～13)，其中所述质量比可以是0.08:21:65.92:13、1.25:25:60.75:13、1:23:63:13或1:25:63:11等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述第二比例混合中，所述含铂催化剂、超纯水、分散溶剂和全氟磺酸离聚物溶液的质量比为(0.09～1.35)：(19～26)：(59～67)：(7～10)，其中所述质量比可以是0.09:19:67:7、0.09:26:59:7、0.09:19:67:10、0.09：26:59:10、1:23:63:7、1:23:63:10、1:19:59:10、1:26:59:7、1.35:19:59:10或1.35:26:67:7等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述第三比例混合中，所述含铂催化剂、超纯水、分散溶剂和全氟磺酸离聚物溶液的质量比为(1.2～1.6)：(22～27)：(65～70)：(6～8.5)，其中所述质量比可以是1.2:22:65:8.5、1.2:27:70:6、1.4:22:65:6、1.4:27:65:8.5、1.6:22:70:8.5、1.6:27:65:6或1.4:25:66:7等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述混合包括超声分散。
优选地，所述超声分散的频率为18～22KHz，其中所述频率可以是18KHz、19KHz、20KHz、21KHz或22KHz等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述超声分散的时间为2～4h，其中所述时间可以是2h、3h或4h等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述超声分散的温度为-5～5℃，其中所述温度可以是-5℃、-4℃、-3℃、-2℃、-1℃、0℃、1℃、2℃、3℃、4℃或5℃等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述干燥的温度为90～100℃，其中所述温度可以是90℃、91℃、92℃、93℃、94℃、95℃、96℃、97℃、98℃、99℃或100℃等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明的目的之三在于提供一种如目的之一所述的含梯度化阴极催化层的膜电极的应用，所述膜电极应用于燃料电池领域。
本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明中提供的膜电极中梯度化阴极催化层中通过阴极催化剂铂含量和全氟磺酸离聚物含量的梯度化，实现阴极催化层孔隙由质子交换膜侧向气体扩散层侧的增大，提高水气传输降低传质损失，同时提高铂颗粒的利用，提升燃料电池性能，其中，制备得到的燃料电池的额定功率最高可以达到1.08W/cm2以上，峰值可以达到1.21W/cm2以上。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
本实施例提供一种含梯度化阴极催化层的膜电极的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)称取铂含量60wt％的铂碳催化剂0.5g，依次添加超纯水10.0g、正丙醇30.0g和5wt％Nafion5.1g，在-5℃下超声2.5h，得到分散均匀的第一催化剂浆液。称取铂含量40wt％的铂碳催化剂0.5g，依次添加超纯水9.0g、正丙醇27g和5wt％Nafion4.0g，在-5℃下超声2.5h，得到分散均匀的第二催化剂浆液。称取铂含量20wt％的铂碳催化剂0.5g，依次添加超纯水7.5g、正丙醇22.5g和5wt％Nafion2.8g，在-5℃下超声2.5h，得到分散均匀的第三催化剂浆液。
(2)在商业化质子交换膜上依次喷涂上步骤(1)制备的第一催化剂浆液、第二催化剂浆液和第三催化剂浆液，在90℃下干燥得到所述梯度化阴极催化层(第一催化层、第二催化层和第三催化层)。将所述阴极催化层与商业化气体扩散层组装，得到所述膜电极。
其中，第一催化层、第二催化层和第三催化层的总厚度为16μm，其中，第一催化层、第二催化层和第三催化层的厚度相同。
实施例2
本实施例提供一种含梯度化阴极催化层的膜电极的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)称取铂含量50wt％的铂碳催化剂0.4g，依次添加超纯水9.5g、异丙醇24.0g和5wt％Aquivion溶液4.3g，在-3℃下超声4h，得到分散均匀的第一催化剂浆液。称取铂含量30wt％的铂碳催化剂0.4g，依次添加超纯水8.0g、异丙醇20g和5wt％Aquivion溶液2.7g，在-3℃下超声4h，得到分散均匀的第二催化剂浆液。称取铂含量20wt％的铂碳催化剂0.4g，依次添加超纯水7.0g、异丙醇17.5g和5wt％Aquivion溶液1.76g，在-3℃下超声4h，得到分散均匀的第三催化剂浆液。
(2)在商业化质子交换膜上依次喷涂上步骤(1)制备的第一催化剂浆液、第二催化剂浆液和第三催化剂浆液，在95℃下干燥得到所述梯度化阴极催化层(第一催化层、第二催化层和第三催化层)。将所述阴极催化层与商业化气体扩散层组装，得到所述膜电极。
其中，第一催化层、第二催化层和第三催化层的总厚度为12μm，其中，第一催化层、第二催化层和第三催化层的厚度相同。
实施例3
本实施例提供一种含梯度化阴极催化层的膜电极的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)称取铂含量40wt％的铂碳催化剂0.5g，依次添加超纯水10.0g、正丙醇25.0g和5wt％Nafion溶液5.1g，在-2℃下超声3h，得到分散均匀的第一催化剂浆液。称取铂含量30wt％的商业化铂碳催化剂0.5g，依次添加超纯水9.5g、正丙醇24.0g和5wt％Nafion溶液3.4g，在-2℃下超声3h，得到分散均匀的第二催化剂浆液。称取铂含量20wt％的铂碳催化剂0.5g，依次添加超纯水8.5g、正丙醇21.5g和5wt％Nafion溶液2.5g，在-2℃下超声3h，得到分散均匀的第三催化剂浆液。
(2)在商业化质子交换膜上依次喷涂上步骤(1)制备的第一催化剂浆液、第二催化剂浆液和第三催化剂浆液，在95℃下干燥得到所述梯度化阴极催化层(第一催化层、第二催化层和第三催化层)。将所述阴极催化层与商业化气体扩散层组装，得到所述膜电极。
其中，第一催化层、第二催化层和第三催化层总厚度为18μm，其中，第一催化层、第二催化层和第三催化层的厚度相同。
实施例4
本实施例提供一种含梯度化阴极催化层的膜电极的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)称取铂含量70wt％的铂碳催化剂0.4g，依次添加超纯水9.0g、正丁醇27.0g和5wt％3M PFSA溶液4.5g，在-5℃下超声5h，得到分散均匀的第一催化剂浆液。称取铂含量50wt％的铂碳催化剂0.4g，依次添加超纯水8.0g、正丁醇24.0g和5wt％3M PFSA溶液2.96g，在-5℃下超声4h，得到分散均匀的第二催化剂浆液。称取铂含量30wt％的铂碳催化剂0.4g，依次添加超纯水7.5g、正丁醇22.5g和5wt％3M PFSA溶液2.0g，在-5℃下超声4h，得到分散均匀的第三催化剂浆液。
(2)在商业化质子交换膜上依次喷涂上步骤(1)制备的第一催化剂浆液、第二催化剂浆液和第三催化剂浆液，在90℃下干燥得到所述梯度化阴极催化层(第一催化层、第二催化层和第三催化层)。将所述阴极催化层与商业化气体扩散层组装，得到所述膜电极。
其中，第一催化层、第二催化层和第三催化层总厚度为15μm，其中，第一催化层、第二催化层和第三催化层的厚度相同。
实施例5
本实施例除将步骤(1)中称取铂含量60wt％的铂碳催化剂0.5g，替换为称取铂含量10wt％的铂碳催化剂0.5g外，其他条件均与实施例1相同。
实施例6
本实施例除将步骤(1)中称取铂含量60wt％的铂碳催化剂0.5g，替换为称取铂含量80wt％的铂碳催化剂0.5g外，其他条件均与实施例1相同。
实施例7
本实施例除将第一催化层、第二催化层和第三催化层的总厚度为15μm替换为11μm，其他条件均与实施例1相同。
实施例8
本实施例除将第一催化层、第二催化层和第三催化层的总厚度为15μm替换为18μm，其他条件均与实施例1相同。
对比例1
本对比例除不制备步骤(1)中的第一催化剂浆料和第三催化剂浆料，只制备第二催化剂浆料，将步骤(2)制得第二催化剂浆液制成阴极单层催化层，其他条件与参数与实施例1完全相同。
对比例2
本对比例除不制备步骤(1)中的第一催化剂浆料和第三催化剂浆料，只制备第二催化剂浆料，将步骤(2)制得第二催化剂浆液制成阴极单层催化层，其他条件与参数与实施例2完全相同。
对比例3
本对比例除不制备步骤(1)中的第一催化剂浆料和第三催化剂浆料，只制备第二催化剂浆料，将步骤(2)制得第二催化剂浆液制成阴极单层催化层，其他条件与参数与实施例3完全相同。
对比例4
本对比例除不制备步骤(1)中的第一催化剂浆料和第三催化剂浆料，只制备第二催化剂浆料，将步骤(2)制得第二催化剂浆液制成阴极单层催化层，其他条件与参数与实施例4完全相同。
将上述实施例1-8和对比例1-4制备得到的膜电极组装为单电池进行测试，有效面积25cm2，进行催化剂加速耐久测试，测试结果如表1所示。
测试条件：通入相对湿度RH为100％的氧气和氢气，流速均为0.5L/min，进气压力均为50Kpa，电池温度80℃，扫描电压0.6V-1.0V，扫描速度50mV/s，测定20000圈后统计数据。
表1
额定功率(W/cm<sup>2</sup>) 峰值功率(W/cm<sup>2</sup>)
实施例1 1.07 1.18
实施例2 1.08 1.21
实施例3 1.02 1.13
实施例4 1.07 1.17
实施例5 0.73 0.84
实施例6 0.96 1.05
实施例7 0.81 0.90
实施例8 0.98 1.06
对比例1 0.90 1.02
对比例2 0.96 1.07
对比例3 0.93 1.03
对比例4 0.95 1.04
通过上述表格可以得到，由实施例1-4可以看出，通过调整第一催化层、第二催化层，第三催化层的催化剂铂含量及全氟磺酸离聚物溶液含量，制得电池的额定功率最高可达1.08W/cm2，峰值功率可达1.21W/cm2。
由实施例1-4和对比例1-4对比可得，催化剂铂含量和全氟磺酸离聚物溶液含量梯度化阴极催化层的额定功率和峰值功率大于采用单层阴极催化层的额定功率和峰值功率。
从实施例5-6中将铂的含量增加或降低，膜电极的峰值功率和额定功率会降低。
从实施例7-8中将催化剂的厚度增大或减少，膜电极的峰值功率和额定功率会降低。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种含梯度化阴极催化层的膜电极，其特征在于，所述膜电极包括阴极催化层、质子交换膜和气体扩散层，所述阴极催化层包括第一催化层、第二催化层和第三催化层；
所述质子交换膜与第一催化层相连，所述第一催化层依次连接所述第二催化层和第三催化层，所述第三催化层与气体扩散层相连；
所述阴极催化层的原料包括含铂催化剂和全氟磺酸离聚物。
2.根据权利要求1所述的膜电极，其特征在于，所述含铂催化剂包括铂碳催化剂；
优选地，以铂碳催化剂的质量为100％计，所述铂碳催化剂中铂的质量分数为20～70％；
优选地，所述膜电极的阴极催化层中铂的总载量为0.35～0.45mg/cm3。
3.根据权利要求1或2所述的膜电极，其特征在于，所述第一催化层中铂含量>第二催化层中铂含量>第三催化层中铂含量。
4.根据权利要求1-3任一项所述的膜电极，其特征在于，所述全氟磺酸离聚物包括Nafion、Aquivion或3M PFSA中的任意一种；
优选地，所述第一催化层中全氟磺酸离聚物、第二催化层中全氟磺酸离聚物和第三催化层中全氟磺酸离聚物相同。
5.根据权利要求1-4任一项所述的膜电极，其特征在于，以第一催化层的质量为100％计，所述第一催化层中全氟磺酸离聚物的质量分数为30～35％；
优选地，以第二催化层的质量为100％计，所述第二催化层中全氟磺酸离聚物的质量分数为25～30％；
优选地，以第三催化层的质量为100％计，所述第三催化层中全氟磺酸离聚物的质量分数为15～25％。
6.根据权利要求1-5任一项所述的膜电极，其特征在于，所述第一催化层的孔隙<第二催化层的孔隙<第三催化层的孔隙；
优选地，所述第一催化层的厚度、第二催化层的厚度和第三催化层的厚度相等；
优选地，所述阴极催化层的厚度为12～18μm。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的含梯度化阴极催化层的膜电极的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将含铂催化剂、超纯水、分散溶剂和全氟磺酸离聚物溶液按照第一比例混合后得到第一催化剂浆液，将含铂催化剂、超纯水、分散溶剂和全氟磺酸离聚物溶液按照第二比例混合后得到第二催化剂浆液，和将含铂催化剂、超纯水、分散溶剂和全氟磺酸离聚物溶液按照第三比例混合后得到第三催化剂浆液；
(2)在质子交换膜上依次涂覆上步骤(1)所述第一催化剂浆液、第二催化剂浆液和第三催化剂浆液后，干燥得到阴极催化层，将所述阴极催化层与气体扩散层组装，得到所述膜电极。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述分散溶剂包括正丙醇、异丙醇、乙二醇、丙二醇、正丁醇或乙醇中的任意一种或两种的组合；
优选地，所述全氟磺酸离聚物溶液中的溶质为全氟磺酸离聚物；
优选地，所述全氟磺酸离聚物溶液中的溶剂包括水和/或挥发性有机溶剂；
优选地，所述挥发性有机溶剂包括乙醇、正丙醇或混合醚中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述全氟磺酸离聚物包括Nafion、Aquivion或3M PFSA中的任意一种；
优选地，步骤(1)所述第一比例混合中，所述含铂催化剂、超纯水、分散溶剂和全氟磺酸离聚物溶液的质量比为(0.08～1.25)：(21～25)：(60～66)：(11～13)；
优选地，步骤(1)所述第二比例混合中，所述含铂催化剂、超纯水、分散溶剂和全氟磺酸离聚物溶液的质量比为(0.09～1.35)：(19～26)：(59～67)：(7～10)；
优选地，步骤(1)所述第三比例混合中，所述含铂催化剂、超纯水、分散溶剂和全氟磺酸离聚物溶液的质量比为(1.2～1.6)：(22～27)：(65～70)：(6～8.5)。
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混合包括超声分散；
优选地，所述超声分散的频率为18～22KHz；
优选地，所述超声分散的时间为2～4h；
优选地，所述超声分散的温度为-5～5℃；
优选地，步骤(2)所述干燥的温度为90～100℃。
10.一种如权利要求1-6任一项所述的含梯度化阴极催化层的膜电极的应用，其特征在于，所述膜电极应用于燃料电池领域。
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