用于燃料电池堆的环境友好的廉价介电冷却剂制造技术

一种设计使燃料与氧反应产生电流和至少一种反应产物的燃料电池，其中：　　　　所述燃料电池包括电化学催化反应电池，该反应电池被设计包括燃料流道、氧气流道和与所述燃料流道和所述氧气流道流体分离的冷却剂流道；和　　　　所述冷却剂流道限定为冷却剂隔离歧管，其中所述冷却剂隔离歧管包括流体介电冷却剂，所述流体介电冷却剂包括植物油基介电流体。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于燃料电池堆的环境友好的廉价介电冷却剂                      专利技术背景本专利技术一般涉及液体冷却的燃料电池，更具体地涉及燃料电池、系统和冷却燃料电池的方法。                      专利技术概述燃料电池依靠氢氧化和氧还原产生电能。这些催化反应的副产物为水。热力学上，氢燃料在阳极处的氧化和氧在阴极处的还原应提供约1.23V的电池电位，其中阳极和阴极都位于燃料电池内。但是，实际测得的值一般为大约1V。这种电池电压差异主要由于阴极的缓慢动力学造成，其等于几乎200mV的电池电压损失。这种电池电压损失的结果是燃料电池内过量热的表达。这种过量热的移去对提高燃料电池元件的有效寿命是必不可少的。由于在堆中排列多个燃料电池以提高电输出，热产生量变得相当高。因此，为了移去这种过量的热，使用具有高热容并在约-40℃和约140℃之间的温度下物理上稳定的冷却剂。常规内燃机车辆使用的水溶性冷却剂在这个范围内，并一般包括乙二醇和水的混合物。但是，目前燃料电池堆的设计需要冷却剂应基本不导电(介电)。如果冷却剂有明显的导电性，将导致各种导电冷却剂引起的堆问题，包括降低燃料效率的分路电流，顶部区域的气体逸出(O2和H2)在燃料电池内形成增加的压力，需要排气，着色剂降解、氧化剂降解、堆元件包括涂层起泡和腐蚀加速。本专利技术人认识到对燃料电池堆液体冷却剂技术改进的需要。本专利技术通过提供燃料电池堆用环境友好的、便宜的和易于得到的介电冷却剂满足上述需要，冷却剂能很好地适用于利用燃料电池技术驱动的车辆。术语“环境友好的”是指介电冷却剂是无毒的可生物降解的材料。尽管本专利技术不限于具体的优点或功能，但注意到由于冷却剂为介电的，并且不允许任何离子传输，因此它不会影响堆元件，并且不允许由堆顶部区域上分路电流造成的任何性能损失。因此，不需要添加腐蚀抑制剂来阻止燃料电池元件的溶解。尽管本专利技术的介电冷-->却剂的热容稍微低于水基冷却剂，但本专利技术的冷却剂具有相对低的运动粘度，这使它在较高的流速下被泵送来移去废热，而寄生抽吸功率没有明显增加。此外，介电冷却剂相对高的沸点使在较高温度(～140℃)下运行燃料电池堆和冷却剂循环成为可能，这增加了将热从散热器排出到环境的能力。在一种实施方案中，本专利技术提供一种设计使燃料与氧反应产生电流和至少一种反应产物的燃料电池。燃料电池包括电化学催化反应电池，该反应电池被设计包括燃料流道、氧气流道和与燃料流道和氧气流道流体分离的冷却剂流道。冷却剂流道限定为包括流体介电冷却剂的冷却剂隔离歧管，流体介电冷却剂包括植物油基介电流体。在另一种实施方案中，本专利技术提供一种包括燃料电池堆的系统，燃料电池堆包括多个燃料电池，其中每个燃料电池被设计使燃料与氧反应产生电流和至少一种反应产物。每个燃料电池包括电化学催化反应电池，该反应电池被设计包括燃料流道、氧气流道和与燃料流道和氧气流道流体分离的冷却剂流道。冷却剂流道限定为包括流体介电冷却剂的冷却剂隔离歧管，流体介电冷却剂包括植物油基介电流体。在又一种实施方案中，本专利技术的系统还提供车体。燃料电池堆被设计用于至少部分为车体提供动力。在还一种实施方案中，本专利技术提供一种冷却燃料电池的方法，包括提供设计使燃料与氧反应产生电流和至少一种反应产物的燃料电池。该方法包括设计燃料电池包括电化学催化反应电池，该反应电池被设计包括燃料流道、氧气流道和与燃料流道和氧气流道流体分离的冷却剂流道。该方法还包括设计冷却剂流道限定为包括流体介电冷却剂的冷却剂隔离歧管，流体介电冷却剂包括植物油基介电流体。从下面结合附图的本专利技术详细描述中将能更充分理解本专利技术的这些和其它特征和优点。注意权利要求的范围由其叙述限定，而不是由本专利技术中所述特征和优点的具体讨论来限定。                      附图简述当结合下面的图阅读时可最好地理解本专利技术实施方案的以下详细描述，其中相同的结构用相同的引用数字标示，其中：图1为根据本专利技术的系统的示意图；图2为根据本专利技术的还包括车体的系统的示意图；和-->图3显示了在存在根据本专利技术的植物油基介电冷却剂时在不锈钢试样上得到的电流瞬态。技术人员能认识到图中的元件被简单明了示出，并没有必要按比例描绘。例如，图中一些元件的尺寸可相对于其它元件被扩大，以帮助提高对本专利技术实施方案的理解。               部分专利技术实施方案的详细描述按照本专利技术的一种实施方案，提供一种被设计使燃料(典型地，气态氢)与氧反应产生电流和至少一种反应产物的燃料电池。其中下面将更详细地描述燃料电池的其它元件，燃料电池包括限定为冷却剂隔离歧管的冷却剂流道。歧管包括流体介电冷却剂，其被用于冷却燃料电池和增加电池组件的有效寿命。流体介电冷却剂包括植物油基介电流体，其可包括至少一种植物油。典型地，植物油基介电流体包括约98.5％的植物油。植物油可从植物物质中得到，并一般包括由多元醇骨架如甘油形成的混合甘油酯，其中构成羟基被相等或接近相等数目的脂肪酸分子酯化。许多有用的植物油为甘油三酯，即三个脂肪酸分子与甘油骨架化学键合的甘油酯。这类甘油三酯通常具有下式：其中R1、R2和R3各自独立地为烷基或烯基，烷基或烯基可为直链或支链的，可为饱和或不饱和的，可为未取代的或被一个或多个官能或非官能单元取代的。植物油还可限定为食用种子基酯，该酯可包括包含直链的脂肪酸甘油三酯，其中直链具有14和22个之间的碳原子和0和3个之间的双键。植物油功能性质的差异通常可归因于它们的构成脂肪酸分子的变化。存在几种不同的脂肪酸，包括下面的，它们全部可存在于本专利技术的植物油中：肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、花生酸、二十烯酸、二十二酸、芥酸、palmitiolic acid、二十二碳-->二烯酸、lignoseric acid、二十四烯酸(tetracossenoic acid)、十七酸、十七碳一烯酸(margaroleic acid)、顺9二十碳烯酸、辛酸、癸酸、月桂酸、十五烷酸、十七酸和它们的组合。这些脂肪酸分子还可在不饱和度上有差别，并因此可包括单不饱和和多不饱和脂肪酸，以及饱和脂肪酸，或它们的组合。更特别地，本专利技术的植物油基介电流体可包括23.8％±0.1％的单不饱和脂肪酸、59.9％±0.1％的多不饱和脂肪酸和15.7％±0.1％的饱和脂肪酸。脂肪酸分子可按任意数量的方式排列在多元醇骨架上，并且每个多元醇可具有一个、两个或几个不同的构成脂肪酸分子。甘油三酯分子上的三个脂肪酸分子例如可为相同的，或可包括两个或三个不同的脂肪酸分子。尽管植物物质中存在的甘油三酯化合物的组成在种与种之间不同，并且在特定种的系与系之间差异较小，但从单一的植物种系得到的植物油通常具有相同的脂肪酸组成。每种自然存在的甘油三酯都具有一组独特的性质。例如，一些甘油三酯比其它一些更易于氧化。根据本专利技术，一般使用脂肪酸分子包括不饱和度至少为1(即至少一个C＝C双键)的组分的油。这种选择达到了氢气逸出中氧化作用与所需还原之间的平衡。已发现含有单不饱和化合物的油没有多饱和的油氧化快，因此在本专利技术中一般被使用。适用于本专利技术的具体的代表性植物油包括下面这些：蓖麻油、椰子油、玉米油、棉籽油、crambie油、加州希蒙得木油、lesquerella油、亚麻本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种设计使燃料与氧反应产生电流和至少一种反应产物的燃料电池，其中：所述燃料电池包括电化学催化反应电池，该反应电池被设计包括燃料流道、氧气流道和与所述燃料流道和所述氧气流道流体分离的冷却剂流道；和所述冷却剂流道限定为冷却剂隔离歧管，其中所述冷却剂隔离歧管包括流体介电冷却剂，所述流体介电冷却剂包括植物油基介电流体。2.权利要求1的燃料电池，其中：所述燃料流道包括被设计通过所述燃料电池的至少一部分输送所述燃料的阳极流道；和所述氧气流道包括被设计通过所述燃料电池的至少一部分输送所述氧气的阴极流道。3.权利要求3的燃料电池，其中所述电化学催化反应电池还包括：与所述阳极流道流体连通的阳极，并在其上设计发生与所述燃料的催化反应；与所述阴极流道流体连通的阴极，并在其上设计发生与所述氧气的催化反应；和布置在所述阳极和所述阴极之间的膜，以便在所述燃料电池运行过程中在其之间建立电解质联系。4.权利要求1的燃料电池，其中所述植物油基介电流体包括至少一种植物油。5.权利要求1的燃料电池，其中所述植物油基介电流体包括两种或多种植物油的混合物。6.权利要求1的燃料电池，其中所述植物油基介电流体包括一种或多种植物油和一种或多种合成油的混合物。7.权利要求6的燃料电池，其中所述合成油为从石油得到的矿物油。8.权利要求1的燃料电池，其中所述植物油基介电流体包括一种或多种植物油和不超过约50wt％的从石油得到的矿物油的混合物。-->9.权利要求1的燃料电池，其中所述植物油基介电流体包括一种或多种植物油和不超过约30wt％的从石油得到的矿物油的混合物。10.权利要求1的燃料电池，其中所述植物油基介电流体包括一种或多种植物油和不超过约20wt％的从石油得到的矿物油的混合物。11.权利要求1的燃料电池，其中所述植物油基介电流体包括约98.5％的植物油。12.权利要求1的燃料电池，其中所述植物油基介电流体基本不含氯化的化合物。13.权利要求1的燃料电池，其中所述植物油基介电流体为食品级。14.权利要求1的燃料电池，其中所述植物油基介电流体包括具有下式的甘油三酯：其中R1、R2和R3各自独立地为烷基或烯基。15.权利要求14的燃料电池，其中所述烷基包括选自直链烷基、支链烷基、饱和烷基、不饱和烷基、未取代烷基、取代烷基和它们的组合中的基团。16.权利要求15的燃料电池，其中所述取代烷基包括一个或多个官能或非官能单元。17.权利要求14的燃料电池，其中所述烯基包括直链烯基、支链烯基、饱和烯基、不饱和烯基、未取代烯基、取代烯基和它们的组合中的基团。18.权利要求17的燃料电池，其中所述取代烯基包括一个或多个官能或非官能单元。19.权利要求1的燃料电池，其中所述植物油基介电流体包括包含不饱和度至少为1的一个或多个脂肪酸分子。20.权利要求19的燃料电池，其中所述一个或多个脂肪酸分子选自肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、花生酸、二十烯酸、二十二酸、芥酸、palmitiolic acid、二十二碳二烯酸、lignoseric acid、二十四烯酸、十七酸、十七碳一烯酸、顺9二十碳-->烯酸、辛酸、癸酸、月桂酸、十五烷酸、十七酸和它们的组合。21.权利要求1的燃料电池，其中所述植物油基介电流体包括单不饱和脂肪酸、多不饱和脂肪酸、饱和脂肪酸或它们的组合。22.权利要求1的燃料电池，其中所述植物油基介电流体包括食用种子基酯。23.权利要求22的燃料电池，其中所述食用种子基酯包括包含直链的脂肪酸甘油三酯，其中直链具有14和22个之间的碳原子和0和3个之间的双键。24.权利要求1的燃料电池，其中所述植物油基介电流体包括选自蓖麻油、椰子油、玉米油、棉籽油、crambie油、加州希蒙得木油、lesquerella油、亚麻子油、橄榄油、棕榈油、改良油菜籽油、红花油、葵花油、豆油、veronia油和它们的组合中的植物油。25.权利要求1的燃料电池，其中所述植物油基介电流体还包括抗氧化化合物。26.权利要求25的燃料电池，其中所述抗氧化化合物选自丁基化氢化苯甲醚、丁基化氢化甲苯、叔丁基氢醌、四氢butrophenone、抗坏血酸棕榈酸酯、没食子酸丙酯和α-、β-或δ-生育酚和它们的组合。27.权利要求1的燃料电池，其中所述植物油基介电流体还包括抗菌物质。28.权利要求1的燃料电池，其中所述植物油基介电流体还包括染料或颜料。29.权利要求28的燃料电池，其中所述染料或颜料可溶于油。30.权利要求1的燃料电池，其中所述植物油基介电流体特征在于热容大于或约为0.3cal/g·℃。31.权利要求1的燃料电池，其中所述植物油基介电流体特征在于热容在100℃下为约2.39J/g/K。32.权利要求1的燃料电池，其中所述植物油基介电流体特征在于热容在50℃下为约2.10J/g/K。33.权利要求1的燃料电池，其中所述植物油基介电流体特征在于热导率在25℃下至多并包括约4.0×10-4cal/(cm·sec·℃)。34.权利要求1的燃料电池，其中所述植物油基介电流体特征在于沸点大于或约为330℃。-->35.权利要求1的燃料电池，其中所述植物油基介电流体特征在于闪点大于或约为300℃。36.权利要求1的燃料电池，其中所述植物油基介电流体特征在于燃点大于或约为340℃。37.权利要求1的燃料电池，其中所述植物油基介电流体特征在于倾点小于或约为-20℃。38.权利要求1的燃料电池，其中所述植物油基介电流体还包括降倾点剂。39.权利要求38的燃料电池，其中所述降倾点剂选自聚醋酸乙烯酯低聚物和聚合物，丙烯酸低聚物和聚合物，和它们的组合。40.权利要求1的燃料电池，其中所述植物油基介电流体特征在于25℃时的膨胀系数为约7.4×10-4/℃。41.权利要求1的燃料电池，其中所述植物油基介电流体特征在于介电强度大于或约为30kV/100密耳间隙。42.权利要求1的燃料电池，其中所述植物油基介电流体特征在于25℃时的介电常数为约3.2。43.权利要求1的燃料电池，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·H·阿布德埃尔哈米德，Y·M·米克海尔，R·H·布伦克，D·J·利西，S·乔德，
申请(专利权)人：通用汽车公司，
类型：发明
国别省市：