一种具有自维护堵漏功能的燃料电池冷却液及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有自维护堵漏功能的燃料电池冷却液及制备方法，包括醇类化合物、腐蚀抑制剂、纳米离子吸附剂、改性层状硅酸盐粉末及水；制备时先将改性层状硅酸盐粉末配制成胶体母液，再配制醇

【技术实现步骤摘要】
一种具有自维护堵漏功能的燃料电池冷却液及制备方法


[0001]本专利技术属于燃料电池冷却液领域，尤其涉及一种具有自维护堵漏功能的燃料电池冷却液及制备方法。

技术介绍

[0002]为了保持低温PEM燃料电池的安全和高效运行，其运行温度必须维持在60
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90℃之间。而燃料电池电堆的温控是由控制器、温度感应器和电堆冷却模块实现的。为了维系电堆在这个狭窄的温度区间内，在电堆运行中不断产生的热量必须被运送、散发到电堆之外的散热器或外部加热器。
[0003]作为热载体，液态冷却剂的组成尤为重要。首先，冷却剂必须在运行温度区间和储存温度区间保持稳定，不会出现结冰、汽化或分解。其次，必须具有基本的防腐蚀性能，包括对于常用的散热器、管路、水泵或阀体的润湿部位所用的材料的腐蚀性能。最后，冷却液必须包含吸附和中和运行过程中润湿部件所释放出来的金属离子、非金属离子和有机分子，并且确保在预定的保修周期内的导电率低于2μS/cm，以避免燃料电池系统绝缘失效。
[0004]石墨基极板是由石墨颗粒和其他附加剂通过静压或模压过程而成型的。但由于组成的石墨颗粒之间的孔隙在极板生产过程中不可能被浸渍胶水完全堵死，石墨基极板对于氢气和冷却剂的某些成分不具有完全的隔绝作用。因此在燃料电池反应过程中有氢气从阳极到冷却渗漏，同时又有冷却剂成分从冷却腔体到反应区的微漏。微漏虽然不能立即被检测出来，但冷却剂对膜电极的毒化作用将在几百到几千小时的运行时间内体现出来，并出现单电池电压的衰减。
[0005]因此，现亟需一种适用于石墨基极板的燃料电池冷却液，该冷却液能够抑制通过极板微孔的氢气和冷却剂渗漏，解决因冷却液渗漏导致的单电池单低问题。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能够抑制通过极板微孔的氢气和冷却剂渗漏的适用于石墨基极板的燃料电池冷却液及其制备方法。
[0007]技术方案：本专利技术具有自维护堵漏功能的燃料电池冷却液，按重量百分比包括：醇类化合物10
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90％、腐蚀抑制剂0.01
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5％、纳米离子吸附剂0.01
‑
4％、改性层状硅酸盐粉末0.1
‑
4％及余量水。
[0008]本专利技术通过在由醇类化合物、腐蚀抑制剂、纳米离子吸附剂及水构成的燃料电池冷却液的基础上引入改性层状硅酸盐粉末，以复配形成一种新型的燃料电池冷却液，该冷却液应用于石墨基极板，当有微孔的碳基极板两侧出现冷却液压力高于反应面压力时，冷却液中的纳米片状的硅酸盐粉末会自动进入微孔中阻止或限制泄漏的发生。
[0009]进一步说，本专利技术冷却液中的改性层状硅酸盐粉末至少可包括改性层状高岭石、改性蛇纹石、改性绿泥石、改性蛭石、改性滑石、改性蒙皂石、改性云母或改性蒙脱石中的一种。
[0010]进一步说，本专利技术冷却液中的改性层状硅酸盐粉末由如下步骤制得：将层状硅酸盐颗粒碾磨至粒度小于100nm的粉末，于300
‑
450℃条件下进行脱水处理3
‑
12h，制得改性层状硅酸盐粉末。
[0011]本专利技术通过对层状硅酸盐粉末进行脱水改性，能够更优于其形成一面为硅酸盐，另一面为其他盐的层状结构，进而优于自动进入微孔中阻止或限制泄漏的发生。
[0012]进一步说，本专利技术冷却液制备步骤中的碾磨时间可为0.5
‑
2h。
[0013]进一步说，本专利技术冷却液中的醇类化合物可为乙二醇、丙二醇或丙三醇。
[0014]进一步说，本专利技术冷却液中的腐蚀抑制剂可包括唑类、芳香族羟基或胺类化合物。优选的，唑类可包括苯并三氮唑或甲基苯并三氮唑，芳香族羟基化合物可包括苯酚、对甲基苯酚或对苯二酚，胺类化合物可包括1,2
‑
苯二胺、甲胺或二甲胺。
[0015]进一步说，本专利技术冷却液中的纳米离子吸附剂为小于10μm的固态离子交换树脂，含有磺酸、丙烯酸或羧酸基团。
[0016]本专利技术制备权利要求1所述具有自维护堵漏功能的燃料电池冷却液的方法，其特征在于包括如下步骤：
[0017](1)将改性层状硅酸盐粉末配制成浓度为5
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30％的胶体母液；
[0018](2)配制醇
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水溶液，并逐步加入腐蚀抑制剂、纳米离子吸附剂及胶体母液后，混合均匀即可。
[0019]有益效果：与现有技术相比，本专利技术的显著优点为：该燃料电池冷却液通过在由醇类化合物、腐蚀抑制剂、纳米离子吸附剂及水构成的燃料电池冷却液的基础上引入改性层状硅酸盐粉末，以复配形成一种新型的燃料电池冷却液，该冷却液应用于石墨基极板，当有微孔的碳基极板两侧出现冷却液压力高于反应面压力时，纳米片状的硅酸盐粉末会自动进入微孔中阻止或限制泄漏的发生，进而消除了燃料电池膜电极因冷却液泄漏而造成的失效可能性，燃料电池电堆的维护周期和电堆寿命得到成倍的延长，降低了燃料电池使用成本，便于燃料电池技术的广泛应用。
附图说明
[0020]图1为本专利技术改性层状蒙脱石粉末的SEM图；
[0021]图2为一款244片电堆的初始检测结果图；
[0022]图3为采用现有公知的冷却液对244片电堆进行的泄漏测试图，历时100h；
[0023]图4为对图3中的244片电堆采用本专利技术冷却液进行的泄漏测试图，历时200h；
[0024]图5为对图3中的244片电堆采用本专利技术冷却液进行的泄露测试图，历时300h；
[0025]图6为对图3中的244片电堆采用本专利技术冷却液进行的泄露测试图，历时400h；
[0026]图7为采用本专利技术冷却剂循环之后的电堆双极板总成在1min 200kPa氮气中的泄漏量；
[0027]图8为采用本专利技术冷却剂循环之前的电堆双极板总成在1min 200kPa氮气中的泄漏量。
具体实施方式
[0028]下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步详细说明。
[0029]需说明的是，本专利技术所采用的醇类化合物、腐蚀抑制剂、纳米离子吸附剂中所包括的具体物质均可购自市售。而对于改性层状硅酸盐粉末是将购买的层状硅酸盐粉采用本专利技术的改性方法进行改性获得。
[0030]实施例1
[0031]该实施例1的燃料电池冷却液，其组分配比如下表1所示。
[0032]表1实施例1的原料组分配比
[0033]序号原料含量(wt％)1乙二醇502去离子水49.73苯并三氮唑0.14含磺酸的固态离子交换树脂0.15改性层状蒙脱石粉末0.1
[0034]该燃料电池冷却液的制备方法包括如下步骤：
[0035](1)将粒度为2μm的层状蒙脱石颗粒碾磨0.5
‑
2h至粒度小于100nm的粉末后，于300
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450℃条件下进行脱水处理3
‑
12h，制得改性层状蒙脱石粉末；
[0036](2)将改性层状蒙脱石粉末配制成浓度为5
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有自维护堵漏功能的燃料电池冷却液，其特征在于按重量百分比包括：醇类化合物10
‑
90％、腐蚀抑制剂0.01
‑
5％、纳米离子吸附剂0.01
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4％、堵漏剂改性层状硅酸盐粉末0.1
‑
4％及余量水。2.根据权利要求1所述的燃料电池冷却液，其特征在于：所述改性层状硅酸盐粉末至少包括改性层状高岭石、改性蛇纹石、改性绿泥石、改性蛭石、改性滑石、改性蒙皂石、改性云母或改性蒙脱石中的一种。3.根据权利要求1所述的燃料电池冷却液，其特征在于：所述改性层状硅酸盐粉末由如下步骤制得：将层状硅酸盐颗粒碾磨至粒度小于100nm的粉末，于300
‑
450℃条件下进行脱水处理3
‑
12h，制得改性层状硅酸盐粉末。4.根据权利要求3所述的燃料电池冷却液，其特征在于：所述碾磨时间为0.5
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2h。5.根据权利要求1所述具...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈真，陈婷，
申请(专利权)人：北京氢璞创能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：