一种燃料电池冷却液及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及精细化工领域，具体涉及燃料电池冷却液及其制备方法和应用。该燃料电池冷却液包括N,N,N

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池冷却液及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及精细化工
，尤其涉及一种氢燃料电池的冷却液和制备方法及其应用，特别地涉及一种具有防冻、低电导率、与质子交换膜的磺酸基团兼容性优异的燃料电池冷却液。

技术介绍

[0002]氢燃料电池是将氢气和氧气通过电化学反应直接转化为电能的装置。其具有转化效率高和产物仅为电、热和水等特点。氢燃料电池发热量大，须通过冷却介质进行冷却，以便确保氢燃料电池的使用性能和使用寿命。冷却介质通入双极板带走氢燃料电池产生的热量，因为冷却介质与双极板直接接触，所以冷却液保持低电导率，以便防止燃料电池中产生的电力损失。通常情况下，氢燃料电池发动机温控系统的冷却介质要求具有优异的绝缘性，其电导率小于5μS/cm。
[0003]为了保持冷却介质的低电导率，以往经常使用高纯水，但是高纯水没有防冻功能，在气温低于0℃、燃料电池汽车停驶状态下会冻结，从而可能导致燃料电池发动机的冻裂。
[0004]为了解决燃料电池用冷却介质的防冻、低电导率的要求，各厂商及科研机构采用不同的技术方案解决燃料电池用冷却液的防冻及低电导率问题，并申请了相应的专利。
[0005]中国专利CN109148915公开了一种燃料电池冷却液，其主要成分为乙二醇、三乙醇胺、烷基二乙醇酰胺、磷酸三酯、三唑类化合物、消泡剂和去离子水，具有防冻、防腐的功能。该专利技术采用三乙醇胺本身会造成电导率的增加。选用的防冻剂为乙二醇，解决燃料电池冷却液防冻的问题。
[0006]美国专利US8187763公开了燃料电池单元的冷却剂组合物，其包含至少一种在每个具有2至20个碳原子的分子中具有不饱和键的脂肪醇，解决冷却剂中乙二醇的氧化问题，从而保证冷却剂组合物保持冷却剂的电导率在10uS/cm或更低。该冷却液没有防腐的作用，不能抑制金属部件离子的析出。防冻剂选择的是乙二醇，解决了乙二醇氧化的问题。
[0007]美国专利20040086757公开燃料电池和燃料电池冷却剂组合物，由去离子水、凝固点抑制剂、聚合物离子抑制剂和有机腐蚀抑制剂等构成，确保冷却液的低电导率的特性，其选用的防冻剂为甘油、乙二醇、丙二醇、1，3
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丁二醇、乙二醇醚、双丙酮醇和乙醇。
[0008]上述专利均采用乙二醇、丙二醇、丙三醇、乙醇等的一种或多种作为防冻剂，解决了燃料电池冷却液的防冻问题，但是燃料电池堆遇到了更为亟待解决的难题：一旦冷却液渗漏到燃料电池核心部件
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质子膜将直接影响到电堆的安全和使用性能，造成质子膜中毒。其基本原理是全氟磺酸质子交换膜中较高电负性的氟原子拉动了磺酸根的电子云，导致了全氟磺酸质子交换膜支链上的磺酸根在水中的解离能力大大增强，从而促进了该结构对氢离子的传导能力。而燃料电池中的乙二醇等防冻剂会与质子膜上的磺酸根反应导致质子膜磺酸根失去传导氢离子的能力。
[0009]综上所述，氢燃料电池对冷却液提出更为苛刻的要求，尤其是对质子膜磺酸基团的毒害影响，有必要提出氢燃料电池冷却液新方案，解决氢燃料电池热管理系统对冷却液
防冻、防腐、离子抑制及对质子膜兼容性的问题。

技术实现思路

[0010]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种具有优异防冻性能、低电导率、金属离子抑制性能、与质子膜兼容性优异的氢燃料电池冷却液和制备方法及其应用。
[0011]为了实现该目的，本专利技术的技术方案如下：1）一种燃料电池冷却液，其特征在于，包括N,N,N
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三甲基甘氨酸和水组成，电导率为0μS/cm～5μS/cm；2）所述的燃料电池冷却液，其特征在于，包括N,N,N
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三甲基甘氨酸、水、非离子缓蚀剂组成，电导率为0μS/cm ～5μS/cm；3）所述的燃料电池冷却液，其特征在于，所述N,N,N
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三甲基甘氨酸和水质量比为10:90～60:40，优选地N,N,N
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三甲基甘氨酸和水质量比为20:80～50:50；4）所述的燃料电池冷却液，其特征在于，所述非离子缓蚀剂为酯类化合物、唑类化合物、酰胺类化合物的一种或多种，其含量是N,N,N
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三甲基甘氨酸和水构成基液的≯2%；5）所述的燃料电池冷却液，其特征在于，所述非离子化合物为糊精、磷酸酯、硼酸酯、甲基苯并三氮唑、苯骈三氮唑及其衍生物、碳酸酰胺的一种或多种；6）所述的燃料电池冷却液，其特征在于，所述糊精相对于N,N,N
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三甲基甘氨酸和水的含量为≤0.2%；所述甲基苯并三氮唑相对于N,N,N
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三甲基甘氨酸和水的含量为≤1.0%；所述硼酸酯相对于N,N,N
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三甲基甘氨酸和水的含量为≤0.1%；所述磷酸酯相对于N,N,N
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三甲基甘氨酸和水的含量为0.002%
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0.2%；所述碳酸酰胺相对于N,N,N
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三甲基甘氨酸和水的含量为≤0.01%；7）所述的燃料电池冷却液，其特征在于，所述去离子水的电阻率不小于18 MΩ
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cm以上。
[0012]本专利技术针对燃料电池发动机对冷却液低电导率、金属离子抑制及防冻等多种要求，更为重要的是面临着冷却液渗漏造成的质子膜中毒失效等实际问题，筛选多种防冻剂，开展大量多维度的试验和配方筛选。本专利技术确定了N,N,N
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三甲基甘氨酸和水的最佳配比，并进一步确定了N,N,N
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三甲基甘氨酸、水、非离子抑制剂的最佳选择，不但N,N,N
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三甲基甘氨酸和水对质子膜兼容性优异，而且筛选的非离子抑制剂与质子膜兼容性优异，在此基础上通过优化配比，使之能够产生协同效果，在低电导率的同时下提升金属离子抑制性能。
[0013]为了更进一步提高燃料电池冷却液的与质子膜兼容性、低电导率及金属离子抑制性能，本专利技术针对上述燃料电池冷却液中各组分的用量进行了探究，确定了适宜的配比，具体如下：所述燃料电池冷却液包括如下重量份的组分：N,N,N
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三甲基甘氨酸100～600份去离子水400～900份；非离子缓蚀剂0～20份优选，所述燃料电池冷却液包括如下重量份的组分：N,N,N
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三甲基甘氨酸100～600份去离子水400～900份；
糊精0～2份甲基苯并三氮唑0～10份硼酸酯0～1份磷酸酯0.02～2份碳酸酰胺0～0.1份作为优选的具体方案，本专利技术的燃料电池冷却液，包括如下重量份的组分：N,N,N
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三甲基甘氨酸100份去离子水900份；或，N,N,N
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三甲基甘氨酸600份去离子水400份；或，N,N,N
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三甲基甘氨酸500份去离子水400份；或，N,N,N
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三甲基甘氨酸100份糊精0.02份甲基苯并三氮唑0.1份硼酸酯0.01份磷酸酯0.02份碳酸酰胺0.001份去离子水900份；或，N,N,N
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三甲基甘氨酸600份糊精0.02份甲基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池冷却液，其特征在于，包括N,N,N
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三甲基甘氨酸和水组成，电导率为0μS/cm ~5μS/cm。2.根据权利要求1所述的燃料电池冷却液，其特征在于，包括N,N,N
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三甲基甘氨酸、水、非离子缓蚀剂组成，电导率为0μS/cm ~5μS/cm。3.根据权利要求1
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2所述的燃料电池冷却液，其特征在于，所述N,N,N
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三甲基甘氨酸和水质量比为1:90~60:40，优选地N,N,N
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三甲基甘氨酸和水质量比为20:80~50:50。4.根据权利要求1
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3所述的燃料电池冷却液，其特征在于，所述非离子缓蚀剂为酯类化合物、唑类化合物、酰胺类化合物一种或多种，其含量是N,N,N
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三甲基甘氨酸和水构成基液的≯2%。5.根据权利要求1
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4所述的燃料电池冷却液，其特征在于，所述非离子缓蚀剂为糊精、磷酸酯、硼酸酯、甲基苯并三氮唑、苯骈三氮唑及其衍生物、碳酸酰胺的一种或多种。6.根据权利要求1
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5任一项所述的燃料电池冷却液，其特征在于，所述糊精相对于N,N,N
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三甲基甘氨酸和水的含量为≤0.2%；所述甲基苯并三氮唑相对于N,N,N
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三甲基甘氨酸和水的含量为≤1.0%；所述硼酸酯相对于N,N,N
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三甲基甘氨酸和水的含量为≤0.1%；所述磷酸酯相对于N,N,N
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【专利技术属性】
技术研发人员：胡叶根，阎华，
申请(专利权)人：北京深蓝液冷科技有限公司，
类型：发明
国别省市：