CN115895605B - 一种氢燃料电池用冷却液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种氢燃料电池用冷却液，所述冷却液的原料按重量计，包括以下组分：超纯水430‑470份、乙二醇500‑600份、酒石酸1.8‑2.2份、非离子型缓蚀剂混合物4.5‑5.5份、糖醇混合物2.7‑3.3份。本发明的冷却液起泡性能优异，长时间使用后起泡体积小，泡沫消失速度快，初始泡沫体积为13‑15mL，初始泡沫消失时间为0.3‑0.4s，在温度为88℃下保持1064h，进行老化后，老化后泡沫体积为21‑25mL，老化后泡沫消失时间为0.9‑1.2s。
Description
技术领域
本发明涉及一种氢燃料电池用冷却液及其制备方法，属于发动机散热液技术领域。
背景技术
氢燃料电池汽车其具有良好的环境相容性、能量转换效率高、噪音小、续航里程长、加注燃料时间短、无需充电等特点，可以直接高效的将化学能转化为电能。
车用燃料电池的工作温度一般在60-80℃，效率在50％左右，燃料电池发动机通过冷却系统排出的热量很大，为确保燃料电池温度分布的均匀性，进出口冷却液温差一般不超过10℃，燃料电池系统设有专门的冷却装置，冷却液通过电池组内部管道进行循环，电极气体通过外部冷却器进行循环。
在氢燃料电池系统中，任何与膜电极直接/间接接触的液体都不应含有对膜电极造成危害的离子，并且在燃料电池电池运行中，双极板上会产生高电压，要求此高电压不会通过双极板中间的冷却液传递到整个冷却循环流道，因此要求冷却液不能够导电。
燃料电池冷却系统所使用的冷却液需要较低的电导率以保证系统稳定安全运行，国际著名燃料电池公司巴拉德要求其系统运行的冷却液电导率在5μS/cm以下，而传统的机动车冷却液电导率基本在2000μS/cm以上，无法满足其使用性能要求。
CN115322755A公开了一种具有金属腐蚀抑制性能的低电导率氢燃料电池冷却液及其制备方法，由水、乙二醇、缓蚀剂、金属螯合剂组成，缓蚀剂采用非离子型缓蚀剂，降低了电导率，虽然可以长时间保持较低的电导率，但是长时间后冷却液容易起泡，且泡沫消除的速度较慢，可能与添加的山梨糖醇等糖醇类金属稳定剂有关。
综上所述，现有技术中，乙二醇型燃料电池冷却液使用非离子型缓蚀剂来降低电导率，但是添加糖醇类金属稳定剂，会造成冷却液在长时间使用后，变得易起泡，起泡体积增大，且泡沫消除的速度较慢。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术存在的缺陷，通过对糖醇类金属稳定进行改进，进一步制备冷却液，提高冷却液在长时间使用后的起泡性能，能够降低起泡的体积，降低泡沫消除的速度。
为解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：
一种氢燃料电池用冷却液，所述冷却液的原料按重量计，包括以下组分：超纯水430-470份、乙二醇500-600份、酒石酸1.8-2.2份、非离子型缓蚀剂混合物4.5-5.5份、糖醇混合物2.7-3.3份。
以下是对上述技术方案的进一步改进：
所述糖醇混合物的制备方法为：
将175-225g的山梨糖醇、130-170g的木糖醇、2800-3200g的超纯水混合，搅拌至完全溶解，得到糖醇溶液备用，将45-55g的β-苯丙烯酸、85-115g的二甲基亚砜混合，搅拌使其完全溶解，得到β-苯丙烯酸溶液，将β-苯丙烯酸溶液缓慢滴加到糖醇溶液中，滴加完成后，加入14-16g的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐，调节pH为6.0-6.3，进行搅拌，搅拌后经喷雾干燥，得到糖醇混合物；
所述非离子型缓蚀剂混合物的制备方法为：
将75-85g的苯并三氮唑、42-47g的2-异丙基咪唑啉混合，得到非离子型缓蚀剂混合物。
所述糖醇混合物的制备方法中，缓慢滴加的方法为控制滴加的时间为13-17min。
所述糖醇混合物的制备方法中，搅拌的时间为9.5-10.5h。
将45-55g的非离子型缓蚀剂混合物、18-22g的酒石酸、850-1150g的超纯水混合，进行一次搅拌，然后加入27-33g的糖醇混合物、850-1150g的乙二醇，控制温度为170-176℃，进行二次搅拌，搅拌后冷却，然后再加入3300-3800g的超纯水、4200-4800g的乙二醇，搅拌均匀得到冷却液。
所述一次搅拌的时间为23-27min，二次搅拌的时间为150-170min。
与现有技术相比，本发明取得以下有益效果：
本发明的冷却液冷却性能优异，导热系数高，20℃导热系数为0.668-0.677W/（m·K），50℃导热系数为0.827-0.841W/（m·K），80℃导热系数为0.942-0.964W/（m·K）；
本发明的冷却液耐腐蚀性能优异，按照GB 29743-2013《机动车发动机冷却液》中的测试方法，进行模拟使用腐蚀测试，测试温度为88℃，测试时间为1064h，对紫铜的腐蚀量为-0.1mg～-0.2mg，对黄铜的腐蚀性为+0.2～+0.3mg，对钢的腐蚀性为-0.2～-0.3mg，对铸铁的腐蚀性为-0.3～-0.6mg，对锡焊的腐蚀性为+0.8～+1.2mg，对铸铝的腐蚀性为-1.0～-1.5mg；
本发明的冷却液起泡性能优异，长时间使用后起泡体积小，泡沫消失速度快，初始泡沫体积为13-15mL，初始泡沫消失时间为0.3-0.4s，在温度为88℃下保持1064h，进行老化后，老化后泡沫体积为21-25mL，老化后泡沫消失时间为0.9-1.2s；
本发明的冷却液电导率低，按照GB/T11007-2008《电导率仪试验方法》测试冷却液的电导率，电导率为0.25-0.28μS/cm。
具体实施方式
实施例1一种氢燃料电池用冷却液及其制备方法
所述冷却液的原料按重量计，包括以下组分：超纯水450份、乙二醇550份、酒石酸2份、非离子型缓蚀剂混合物5份、糖醇混合物3份；
所述糖醇混合物的制备方法为：
将200g的山梨糖醇、150g的木糖醇、3000g的超纯水混合，搅拌至完全溶解，得到糖醇溶液备用，将50g的β-苯丙烯酸、100g的二甲基亚砜混合，搅拌使其完全溶解，得到β-苯丙烯酸溶液，将β-苯丙烯酸溶液缓慢滴加到糖醇溶液中，控制滴加的时间为15min，滴加完成后，加入15g的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐，调节pH为6.1，进行搅拌，搅拌时间为10h，搅拌后经喷雾干燥，得到糖醇混合物。
所述非离子型缓蚀剂混合物的制备方法为：
将80g的苯并三氮唑、45g的2-异丙基咪唑啉混合，得到非离子型缓蚀剂混合物。
上述冷却液的制备方法为：
将50g的非离子型缓蚀剂混合物、20g的酒石酸、1000g的超纯水混合，进行一次搅拌，搅拌时间为25min，然后加入30g的糖醇混合物、1000g的乙二醇，控制温度为175℃，进行二次搅拌，搅拌时间为160min，搅拌后冷却，然后再加入3500g的超纯水、4500g的乙二醇，搅拌均匀得到冷却液。
实施例2一种氢燃料电池用冷却液及其制备方法
所述冷却液的原料按重量计，包括以下组分：超纯水430份、乙二醇500份、酒石酸1.8份、非离子型缓蚀剂混合物4.5份、糖醇混合物2.7份；
所述糖醇混合物的制备方法为：
将175g的山梨糖醇、130g的木糖醇、2800g的超纯水混合，搅拌至完全溶解，得到糖醇溶液备用，将45g的β-苯丙烯酸、85g的二甲基亚砜混合，搅拌使其完全溶解，得到β-苯丙烯酸溶液，将β-苯丙烯酸溶液缓慢滴加到糖醇溶液中，控制滴加的时间为13min，滴加完成后，加入14g的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐，调节pH为6.0，进行搅拌，搅拌时间为9.5h，搅拌后经喷雾干燥，得到糖醇混合物。
所述非离子型缓蚀剂混合物的制备方法为：
将75g的苯并三氮唑、42g的2-异丙基咪唑啉混合，得到非离子型缓蚀剂混合物。
上述冷却液的制备方法为：
将45g的非离子型缓蚀剂混合物、18g的酒石酸、850g的超纯水混合，进行一次搅拌，搅拌时间为23min，然后加入27g的糖醇混合物、850g的乙二醇，控制温度为170℃，进行二次搅拌，搅拌时间为150min，搅拌后冷却，然后再加入3300g的超纯水、4200g的乙二醇，搅拌均匀得到冷却液。
实施例3一种氢燃料电池用冷却液及其制备方法
所述冷却液的原料按重量计，包括以下组分：超纯水470份、乙二醇600份、酒石酸2.2份、非离子型缓蚀剂混合物5.5份、糖醇混合物3.3份；
所述糖醇混合物的制备方法为：
将225g的山梨糖醇、170g的木糖醇、3200g的超纯水混合，搅拌至完全溶解，得到糖醇溶液备用，将55g的β-苯丙烯酸、115g的二甲基亚砜混合，搅拌使其完全溶解，得到β-苯丙烯酸溶液，将β-苯丙烯酸溶液缓慢滴加到糖醇溶液中，控制滴加的时间为17min，滴加完成后，加入16g的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐，调节pH为6.3，进行搅拌，搅拌时间为10.5h，搅拌后经喷雾干燥，得到糖醇混合物。
所述非离子型缓蚀剂混合物的制备方法为：
将85g的苯并三氮唑、47g的2-异丙基咪唑啉混合，得到非离子型缓蚀剂混合物。
上述冷却液的制备方法为：
将55g的非离子型缓蚀剂混合物、22g的酒石酸、1150g的超纯水混合，进行一次搅拌，搅拌时间为27min，然后加入33g的糖醇混合物、1150g的乙二醇，控制温度为176℃，进行二次搅拌，搅拌时间为170min，搅拌后冷却，然后再加入3800g的超纯水、4800g的乙二醇，搅拌均匀得到冷却液。
对比例1
与实施例1不同的是，糖醇混合物的制备方法改为以下操作：
将200g的山梨糖醇、150g的木糖醇、3000g的超纯水混合，搅拌至完全溶解，然后加入15g的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐，调节pH为6.1，进行搅拌，搅拌时间为10h，搅拌后经喷雾干燥，得到糖醇混合物。
对比例2
与实施例1不同的是，冷却液的原料中省去添加酒石酸组分，并且冷却液的制备方法改为以下操作：
将50g的非离子型缓蚀剂混合物、1000g的超纯水混合，搅拌至完全溶解，然后加入30g的糖醇混合物、1000g的乙二醇，进行搅拌，搅拌至完全溶解，然后再加入3500g的超纯水、4500g的乙二醇，搅拌均匀得到冷却液。
实施例4冷却液导热性能检测
使用导热系数测试仪测试实施例1-3、对比例1-3制备的发动机散热液分别在20℃、50℃、80℃下的导热系数，结果见表1。
实施例1-3通过对糖醇溶液进行β-苯丙烯酸处理后，再使用1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐进行处理，使得冷却液在不同温度下，均能保持较高的导热系数；
对比例1省去了对糖醇溶液进行β-苯丙烯酸处理，仅使用1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐进行处理，导致冷却液在不同温度下，导热系数普遍很低，即使在高温下，导热系数也偏低；
对比例2改变了冷却液的制备方法，省去了添加酒石酸和添加酒石酸后高温处理的步骤，导致冷却液在不同温度下，导热系数发生一定程度的降低。
实施例5冷却液耐腐蚀性能检测
将实施例1-3、对比例1-2的冷却液按照GB 29743-2013《机动车发动机冷却液》中的测试方法，进行模拟使用腐蚀测试，测试温度为88℃，测试时间为1064h，结果见表2。
实施例6冷却液起泡性能检测
将实施例1-3、对比例1-2的冷却液按照GB 29743-2013《机动车发动机冷却液》中的测试方法，测试其初始泡沫体积和初始泡沫消失时间，然后将冷却液在温度为88℃下保持1064h，再次测试其老化泡沫体积和老化泡沫消失时间，结果见表3。
实施例1-3通过对糖醇溶液进行β-苯丙烯酸处理后，再使用1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐进行处理，最终制得冷却液的泡沫体积小，泡沫消失时间短，在老化后，仍能保持较低的泡沫体积，泡沫消失时间不发生明显增加；
对比例1省去了对糖醇溶液进行β-苯丙烯酸处理，仅使用1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐进行处理，导致冷却液的泡沫体积增大，但是泡沫消失时间不发生明显增加，在老化后，泡沫体积急剧增大，同时泡沫消失时间发生明显增加；
对比例2改变了冷却液的制备方法，省去了添加酒石酸和添加酒石酸后高温处理的步骤，导致冷却液的泡沫体积一定程度上发生增大，但是泡沫消失时间不发生明显增加，在老化后，泡沫体积发生一定程度增加，同时泡沫消失时间发生较为明显的增加。
实施例7冷却液电导率检测
将实施例1-3、对比例1-2的冷却液按照GB/T11007-2008《电导率仪试验方法》测试冷却液的电导率，结果见表4。
实施例1-3通过对糖醇溶液进行β-苯丙烯酸处理后，再使用1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐进行处理，冷却液可以保持低电导率；
对比例1省去了对糖醇溶液进行β-苯丙烯酸处理，仅使用1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐进行处理，导致冷却液电导率发生显著增加；
对比例2改变了冷却液的制备方法，省去了添加酒石酸和添加酒石酸后高温处理的步骤，导致冷却液电导率发生一定程度增加。
Claims (5)
1.一种氢燃料电池用冷却液，其特征在于，所述冷却液的原料按重量计，包括以下组分：超纯水430-470份、乙二醇500-600份、酒石酸1.8-2.2份、非离子型缓蚀剂混合物4.5-5.5份、糖醇混合物2.7-3.3份；
所述糖醇混合物的制备方法为：
将175-225g的山梨糖醇、130-170g的木糖醇、2800-3200g的超纯水混合，搅拌至完全溶解，得到糖醇溶液备用，将45-55g的β-苯丙烯酸、85-115g的二甲基亚砜混合，搅拌使其完全溶解，得到β-苯丙烯酸溶液，将β-苯丙烯酸溶液缓慢滴加到糖醇溶液中，滴加完成后，加入14-16g的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐，调节pH为6.0-6.3，进行搅拌，搅拌后经喷雾干燥，得到糖醇混合物；
所述非离子型缓蚀剂混合物的制备方法为：
将75-85g的苯并三氮唑、42-47g的2-异丙基咪唑啉混合，得到非离子型缓蚀剂混合物。
2.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池用冷却液，其特征在于：
所述糖醇混合物的制备方法中，缓慢滴加的方法为控制滴加的时间为13-17min。
3.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池用冷却液，其特征在于：
所述糖醇混合物的制备方法中，搅拌的时间为9.5-10.5h。
4.权利要求1所述的冷却液的制备方法，其特征在于，冷却液的制备方法为：
将45-55g的非离子型缓蚀剂混合物、18-22g的酒石酸、850-1150g的超纯水混合，进行一次搅拌，然后加入27-33g的糖醇混合物、850-1150g的乙二醇，控制温度为170-176℃，进行二次搅拌，搅拌后冷却，然后再加入3300-3800g的超纯水、4200-4800g的乙二醇，搅拌均匀得到冷却液。
5.根据权利要求4所述的冷却液的制备方法，其特征在于：
所述一次搅拌的时间为23-27min，二次搅拌的时间为150-170min。
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| CN107987802A (zh) * | 2016-10-26 | 2018-05-04 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种耐高温的发动机冷却液 |
| CN115322755A (zh) * | 2022-04-29 | 2022-11-11 | 江苏龙蟠科技股份有限公司 | 一种具有腐蚀抑制性能的低电导率氢燃料电池冷却液及其制备方法 |
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