CN103842466A - 包含氢醌或喹啉的燃料电池冷却液组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及燃料电池冷却用组合物，上述燃料电池冷却用组合物，其特征在于，包含：（a）甘醇；（b）去离子水；以及（c）氢醌或喹啉。甘醇氧化之后，本发明的组合物中包含氢醌或喹啉的化合物的产酸量为550ppm以下。并且，本发明的组合物通过防止甘醇氧化，来抑制离子性物质生成，使得将对石墨类分离板及铝类试片的电导率的变化率（初期传导率―氧化后传导率/初期传导率）降至25倍以下的效果优秀。因此，本发明的燃料电池用冷却液组合物在冬季既不会冷冻，又能维持低导电率，因而能够利用于燃料电池驱动装置的冷却系统用冷却水。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池冷却用组合物，上述燃料电池冷却用组合物，其特征在于，包含：（a）甘醇；（b）去离子水（deionized water）；以及（c）氢醌或喹啉。
背景技术
一般情况下，燃料电池由具有层叠多个作为发电单位的单电池和隔板而成的结构的电池堆构成。燃料电池堆由多层的电池（膜电极接合体、密封圈及分离板）和配置于电池的两个末端部的集电板、绝缘板及端板（end plate）而制成。如此制成的燃料电池堆中，燃料、空气及冷却水等反应物通过歧管（manifold，多支管）经由各个流路，并产生电化学反应，由此产电。
利用这种电化学反应来产电时，由于从电池堆中附随地产热，因此为了冷却该电池堆而在每数个电池上插入冷却板。由于燃料电池的冷却液在电池堆的内部循环并冷却电池堆，因此若冷却液的导电率高，则由电池堆产生的电朝向冷却液的一侧流动而耗电，导致发电力降低。并且，非工作时，冷却液也使周围的温度降低，在零下温度条件下有使用可能性的情况下，有如下忧虑：在纯水中被冷冻，因冷却液的体积膨胀而致使冷却板破损等燃料电池的电池性能受损。
另一方面，就燃料电池系统冷却水初期开发阶段中多使用的去离子水（Deionized Water，DI-Water）而言，虽然电阻高，电绝缘性和冷却性能优秀，但具有在0℃以下温度下被冷冻的缺点，且具有燃料电池汽车的冷启动的问题和容易被燃料电池系统内的离子物质受污染而使电绝缘性急剧下降的问题。尤其，燃料电池汽车用冷却水为了保护燃料电池系统来阻止该燃料电池受到漏电影响，且防止因漏电引起的触电危险，应持有电绝缘性优秀的非导电性，且在-30℃以下温度下也不应冷冻，用于在冬季或严寒地区也可进行冷启动。
因这种问题所在，对于冬季不被冷冻且电绝缘性优秀的燃料电池冷却水的关注逐渐增多，上述冷却水适用为以往用于内燃机的冷却水的主基体物质即单乙二醇、单丙二醇等亚烷基乙二醇类和水的混合溶液。韩国公开特许10-2010-0045265中揭示了作为冷冻防止及电绝缘性优秀的防冻冷却液组合物的在亚烷基乙二醇中包含三甲基甘氨酸的组合物，然而未揭示氢醌或喹啉的氧化防止性能。
况且，存在作为利用于燃料电池冷却液的主基体物质的甘醇类被氧化而产生离子性物质，致使导电率上升的问题，因此可防止主基体物质（基剂）被氧化或者降低速度来抑制离子性物质生成的抗氧化剂的需求性被逐步显现。
本说明书全文中，参照多篇特许文献，并表示其引用。所引用的特许文件的公开内容作为参考全部插入于本说明书中，从而更加明确说明本发明所属技术领域的水准及本发明的内容。
发明内容
要解决的问题
本发明人为了研发通过防止基剂氧化来抑制离子性物质生成，维持防冻性，并维持低导电率的燃料电池冷却液组合物而锐意努力。其结果，本发明人查明，若在包含于以往燃料电池汽车用防冻冷却液组合物的甘醇中包含含有氢醌或喹啉的化合物来进行制备，则呈现提高冷冻防止功能，防止作为基剂的甘醇被氧化，并抑制作为燃料电池用防冻冷却液的重要特性的导电率值增加的效果，从而完成了本发明。
因此，本发明的目的在于，提供燃料电池冷却液组合物。
本发明的其他目的及优点通过以下发明的详细说明及发明要求保护范围变得更加明确。
解决问题的手段
根据本发明的一实施方式，本发明提供燃料电池冷却液组合物，上述燃料电池冷却液组合物包含：（a）甘醇（glycol）；（b）去离子水（deionized water）；以及（c）氢醌（hydroquinone）或喹啉（quinoline）。
本发明人为了研发通过防止基剂氧化来抑制离子性物质生成，维持防冻性，并维持低导电率的燃料电池冷却液组合物而锐意努力。其结果，本发明人查明，若在包含于以往燃料电池汽车用防冻冷却液组合物的甘醇中包含含有氢醌或喹啉的化合物来进行制备，则呈现提高冷冻防止功能，防止作为基剂的甘醇被氧化，并抑制作为燃料电池用防冻冷却液的重要特性的导电率值增加的效果。
本发明的组合物包含：（a）甘醇；（b）去离子水（deionized water）；以及（c）氢醌或喹啉。上述多个成分的含量不受特别限制，优选地，包含甘醇30～70重量％、去离子水30～60重量％（更优选为40～50重量％）以及氢醌或喹啉0.0001～3重量％。
根据本发明的优选实例，本发明的组合物中所包含的甘醇选自包含单乙二醇（monoethylene glycol）、单丙二醇（monopropylene glycol）、二乙二醇（diethylene glycol）、二丙二醇（dipropylene glycol）、甘油（glycerin）、三乙二醇（triethylene glycol）以及三丙二醇（tripropyleneglycol）的组中，更优选为单乙二醇、单丙二醇、二乙二醇、二丙二醇或甘油，最优选为单乙二醇或单丙二醇。上述甘醇的使用范围优选为30～70重量％，更优选为40～60重量％。
根据本发明的优选实例，本发明的组合物以组合物的总重量为基准，包含0.0001～3重量％的氢醌或喹啉，更优选地，包含0.0005～2重量％，最优选地，包含0.005～1重量％。
根据本发明的优选实例，本发明的组合物中所包含的上述氢醌或喹啉防止上述甘醇氧化，使得对石墨类分离板的传导率变化率（初期传导率―氧化后传导率/初期传导率）优选为25倍以下，更优选为5至25倍。
根据本发明的优选实例，本发明的组合物中所包含的上述氢醌或喹啉防止上述甘醇氧化，使得对铝类试片（例如，Al2000系列试片）的传导率变化率（初期传导率―氧化后传导率/初期传导率）优选为25倍以下，更优选为5至25倍。
甘醇氧化后，本发明的组合物的产酸量为550ppm以下，具体地，对石墨类分离板的产酸量为30～550ppm，对铝类试片的产酸量为30～120ppm。
根据本发明的优选实例，本发明的组合物中，冷却液组合物的冷冻温度为-30℃以下。若以多种容积比例配合本发明的组合物与去离子水，则冷冻温度会不同，组合物与去离子水的比例为10:90的情况下，冷冻温度为-3.1℃，上述组合物与去离子水的比例为20:80的情况下，冷冻温度为-7.2℃，上述组合物与去离子水的比例为30:70的情况下，冷冻温度为-13.3℃，上述组合物与去离子水的比例为40:60的情况下，冷冻温度为-22.1℃，上述组合物与去离子水的比例为通常使用的比例即50:50的情况下，冷冻温度为-34.7℃，冷冻防止效果优秀。
本发明的防冻冷却液组合物可包含pH调节剂、染料、消泡剂或腐蚀抑制剂。上述pH调节剂可包含碱金属氢氧化物，优选为氢氧化钾或氢氧化钠。上述腐蚀抑制剂在不对本发明的防冻冷却液组合物的电导率产生影响的范围内可包含本领域中公知的多种腐蚀抑制剂。例如，混合选自包含羧酸盐（carboxylate）、磷酸盐（phosphate）、硝酸盐（nitrate）、亚硝酸盐（nitrite）、钼酸盐（molybdate）、钨酸盐（tungstate）、硼酸盐（borate）、硅酸盐（silicate）、硫酸盐（sulfate）、亚硫酸盐（sulfite）、碳酸盐（carbonate）、胺盐（amine salt）、三唑（triazole）及噻唑（thiazole）的组中的1种或2种以上。
如上所述，本发明的最大的特征在于，在作为主基体的甘醇中组合氢醌或喹啉来提供冷冻防止功能得到提高且防止基剂氧化的燃料电池用防冻冷却液。
效果
简要说明本发明的特征及优点如下：
（ⅰ）本发明提供燃料电池冷却用组合物，其特征在于，包含：（a）甘醇；（b）去离子水（deionized water）；以及（c）氢醌或喹啉。
（ⅱ）甘醇氧化后，本发明组合物中包含氢醌或喹啉的化合物的产酸量为550ppm以下。
（ⅲ）并且，本发明的组合物防止甘醇氧化来抑制离子性物质生成，使得将对石墨类分离板及铝类试片的电导率的变化率（初期传导率―氧化后传导率/初期传导率）降至25倍以下的效果优秀。
（ⅳ）因此，本发明的燃料电池用冷却液组合物在冬季既不会冷冻，又能维持低导电率，因而能够利用于燃料电池驱动装置的冷却系统用冷却水。
具体实施方式
以下，通过实施例更详细地说明本发明。这些实施例只是用于更加具体说明本发明，根据本发明的主旨，本发明的范围不局限于这些实施例，这对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说是显而易见的。
实施例
制备例1：防冻冷却液组合物的制备
用称来对下表1所示的成分的含量进行称重，并将这些成分投入去离子水（deionized water）中进行搅拌，直至成为没有残留物的均匀的溶液为止，由此制备防冻冷却液组合物。作为去离子水使用了在超纯水制备装置中去除离子的去离子水，作为甘醇类使用了陶氏化学公司（DOW Chemical）的乙二醇，作为醌及氢醌利用了从大井化金公司购买的醌及氢醌。
表1
防冻冷却液组合物的组成
实验例1：防冻冷却液组合物氧化后的电导率及产酸量的测定
为了阻止因乙二醇热氧化而产酸来致使导电率上升的情况，实施了热氧化实验，来测定了防冻冷却液的氧化前后的电导率及产酸量变化（变化率＝初期传导率―氧化后传导率/初期传导率）。在特氟隆材质的密闭容器中浸渍了用在燃料电池冷却系统的部件，以促进氧化。将待浸渍的规定量的部件浸渍于180ml的防冻冷却液，并盖上盖子后，在100℃温度的烘箱中放置了500小时。分别利用热电奥立龙162A（Thermo orion162A）的传导率测定仪及离子层析仪（IC，ion chromatography）来测定了试验前后的防冻冷却液的电导率及产酸量。
在燃料电池系统部件中使用了作为非金属材料的石墨类分离板（横向2cm×纵向2cm）和作为金属材料的Al2000类的试片，其传导率变化和产酸量分别见下表2及表3。
表2
对石墨类分离板的防冻冷却液组合物的热氧化试验
由上表2可知，实施例1至实施例6与比较例1至比较例3相比，燃料电池系统部件中，石墨类分离板热氧化后，产酸量也变少，据此传导率变化率也变小。这将被判断为氢醌或喹啉防止乙二醇氧化，来维持变化小的导电率。
表3
对2000系列的Al试片的防冻冷却液组合物的热氧化试验
由上表3可知，实施例1至实施例6与比较例1至比较例3相比，燃料电池系统部件中，Al2000系列试片热氧化后，产酸量也变小，据此传导率变化率也变小。这将被判断为氢醌或喹啉防止乙二醇氧化，来维持变化小的导电率。
实验例2：防冻冷却液组合物的冷冻温度的测定
根据KS M2142来测定了上述实施例1的防冻冷却液组合物的冷冻温度，简要整理该测定过程如下：首先，在冷却槽中放入丙酮或甲醇之后，再慢慢地放入干冰，来制备冷却液，将试样75～100ml放入冷却管，用软木塞或者橡胶塞来安装搅拌器及温度计之后，测定了冷冻温度。此时，使温度计的底部位于待测定的防冻冷却液组合物的中心。并且，其测定结果见下表4。
表4
实施例3的防冻冷却液组合物的冷冻温度
以上，详细说明了本发明的特定部分，这些具体说明只是优选的实例，本发明的范围并不局限于此，这对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。因此，应视为本发明的实质性范围由发明要求保护范围及其等同技术方案定义。
Claims (6)
1.一种燃料电池冷却液组合物，其特征在于，包含：
（a）甘醇；
（b）去离子水；以及
（c）氢醌或喹啉。
2.根据权利要求1所述的燃料电池冷却液组合物，其特征在于，上述甘醇选自包含单乙二醇、单丙二醇、二乙二醇、二丙二醇、甘油、三乙二醇及三丙二醇的组中。
3.根据权利要求1所述的燃料电池冷却液组合物，其特征在于，上述燃料电池冷却液组合物以组合物的总重量为基准，包含0.005～1重量％的上述氢醌或喹啉。
4.根据权利要求1所述的燃料电池冷却液组合物，其特征在于，上述燃料电池冷却液组合物防止上述甘醇氧化，使得对石墨类分离板的传导率变化率为25倍以下。
5.根据权利要求1所述的燃料电池冷却液组合物，其特征在于，上述燃料电池冷却液组合物防止上述甘醇氧化，使得对铝类试片的传导率变化率为25倍以下。
6.根据权利要求1所述的燃料电池冷却液组合物，其特征在于，上述燃料电池冷却液组合物的冷冻温度为-30℃以下。
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