CN116004193A - 一种高传热系数氢燃料电池冷却液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于燃料电池温控技术领域，公开了一种高传热系数氢燃料电池冷却液及其制备方法，该冷却液的各组分按重量份数的构成为：乙二醇45‑55份，去离子水45‑55份，纳米氮化硼分散液0.2‑1份，缓蚀阻垢剂0.6‑1.8份，离子抑制剂0.2‑0.6份，消泡剂0.001‑0.1份，分散剂0.005‑0.01份，着色剂0.005‑0.01份，缓冲剂0.005‑0.01份。本发明的冷却液具有低电导率、高传热系数以及优异的低电导率保持性等优点，因此具有良好的应用推广前景。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池温控技术领域，具体涉及一种高传热系数氢燃料电池冷却液及其制备方法。
背景技术
当前，氢能已是我国能源领域的战略性新兴产业，而氢燃料电池技术是实现氢能利用的重要技术路线之一。我国经过多年发展，目前已经初步掌握了燃料电池电堆及其关键材料、动力系统、整车集成和氢能基础设施的核心技术，基本建立了具有自主知识产权的燃料电池汽车动力系统技术平台，氢燃料电池汽车及相关配套产业与国外的差距正不断缩小。特别在燃料电池系统方面，国内行业龙头自主研发进程增速明显，燃料电池系统产品的额定功率、启动温度、使用寿命等部分指标均已达到国际领先水平。
燃料电池工作时能量转换高，排放热量大(约占总能量的50％，是同功率发动机的2～3倍)，其95％的热量均由冷却液带走排热，而一旦热量不能及时排出，便因热失控导致质子交换膜失水等现象，燃料电池性能将会急剧下降。所以极端工况下的温度控制是燃料电池商业化面临的主要挑战之一。
随着100KW以上的大功率燃料电池的陆续推出，电堆内部散热要求越来越高，特别在极限工况下，散热问题成了限制整车运行性能的关键性问题。目前燃料电池的主流冷却方式采用的都是液冷技术，利用低电导率冷却液将电堆内部的热量带出来。遇到散热痛点后，燃料电池厂商和整车厂商一般都在电池冷却系统的硬件设计和选型上进行冷却性能改进：如对双极板冷却流道进行设计和加工的改进；提高电子水泵的功率，增大冷却介质的流速；提高冷却风扇的功率，增大进气风速；改变散热器的内部结构形式、增加散热器的数量等。但此类方法已达到设计功率和电池空间的瓶颈极限，难以突破。
因此作为燃料电池散热的关键冷却流体介质，其导热性能的提升便成为主流燃料电池厂商的聚焦点。新型液冷材料和导热技术的创新，深度挖掘液冷流体介质的导热潜能，也是目前解决燃料电池散热问题的关键技术路线。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有低电导率、高传热系数以及优异的低电导率保持性能的氢燃料电池冷却液及制备方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高传热系数氢燃料电池冷却液，其各组分按重量份数的构成为：
乙二醇45-55份
去离子水45-55份
纳米氮化硼分散液0.2-1份
缓蚀阻垢剂0.6-1.8份
离子抑制剂0.2-0.6份
消泡剂0.001-0.1份
分散剂0.005-0.01份
着色剂0.005-0.01份
缓冲剂0.005-0.01份。
优选地，所述去离子水的电阻率在16MΩ·cm以上。
优选地，所述纳米氮化硼分散液为固含量30％的六方纳米氮化硼粉末的水分散液，如可采用湖州源沁新材料有限公司的YQ-BW01型号纳米氮化硼。
优选地，所述缓蚀阻垢剂为烷基酚聚氧乙烯醚、高级醇与咪唑啉类化合物的混合物。其中：所述烷基酚聚氧乙烯醚为壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、十二烷基酚聚氧乙烯醚和二壬基酚聚氧乙烯醚中的一种或几种的混合物；所述高级醇为十六醇和油醇中的一种或二者的混合物；所述咪唑啉类化合物为2-甲基咪唑啉、2-乙基咪唑啉和2-异丙基咪唑啉中的一种或几种的混合物。
优选地，所述的离子抑制剂为甲基苯甲酰胺、烟酸酰胺、吡啶羧酸酰胺、邻氨基苯甲酰胺、唬珀酸酰胺、草酸二酰胺、黄原胶和淀粉中的一种或几种的混合物。
优选地，所述消泡剂为涂易乐
DF-220系列聚醚消泡剂。
优选地，所述分散剂为六偏磷酸钠、聚丙烯酸铵、壳聚糖、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯酸钠盐，聚乙烯醇和聚乙二醇中的一种或几种的混合物。
优选地，所述着色剂为甲基红、溴甲基蓝和酚红中的一种或几种的混合物。
优选地，所述缓冲剂为硼酸盐和磷酸盐中一种或几种的混合物。
另外，本发明还提供了一种所述高传热系数氢燃料电池冷却液的制备方法，该方法包含以下步骤：
S1：将纳米氮化硼分散液、分散剂加入到去离子水中，在高速搅拌机下以2200-2700r/min搅拌0.5-1.5h，获得均匀分散的纳米氮化硼溶液；
S2：将步骤S1得到的纳米氮化硼溶液与乙二醇混合，室温下以700-1000r/min搅拌0.5-1.5h，再依次加入缓蚀阻垢剂以及离子抑制剂，室温下以700-1000r/min搅拌1.5-2.5h；
S3：将消泡剂、着色剂与缓冲剂缓慢加入到步骤S2得到的溶液中，室温下以700-1000r/min搅拌0.5-1h；
S4：经过超精滤装置去除步骤S3所得溶液中的固体杂质后，再经spectrapure混合床半导体级DI树脂除去溶液中的金属和非金属阴阳离子，直至电导率为0.1μS/cm～1μS/cm，得到所述的高传热系数氢燃料电池冷却液。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1.本发明的氢燃料电池冷却液具有低电导率、高传热系数以及优异的低电导率保持性等优点，因此具有良好的应用推广前景。
2.本发明氢燃料电池冷却液的配方体系中：采用六方晶体结构的纳米氮化硼分散液，其具有导热系数高且电阻率大的特点，可以显著提升氢燃料电池冷却液的导热系数，导热系数的提高幅度可达到20％-150％。采用了合适的金属离子抑制剂，可封锁冷却系统内溶解出来的离子，将由长期使用引起的电导率变化维持在0-8μS/cm范围内。引入了涂易乐
DF-220系列聚醚消泡剂，该种消泡剂具有良好的抑泡和破泡能力，有效阻止乙二醇的氧化以及气蚀现象发生，从而提高金属的防腐蚀性以及电导率的保持性。引入了缓冲剂，可将冷却液的pH值控制在7-7.5，进而延长缓蚀阻垢剂的缓蚀效果。缓蚀阻垢剂采用烷基酚聚氧乙烯醚、高级醇与咪唑啉类化合物的混合物，可有效提高金属的防腐蚀性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明，阐明本发明的特征和优点，下列实施例并不是对本发明的限定，本领域专业技术人员根据本发明的思路和原料配比整理出的配方也属于本发明的保护范围。
下述实施例中冷却液的具体制备方法为：
将纳米氮化硼分散液、分散剂加入到去离子水中，在高速搅拌机下以2500r/min搅拌1h获得均匀分散的纳米氮化硼溶液。在纳米氮化硼溶液溶液中加入乙二醇，室温下以800r/min搅拌1h，再分步加入缓蚀阻垢剂以及离子抑制剂，室温下以800r/min搅拌2h。再缓慢加入消泡剂、着色剂与缓冲剂，室温下以800r/min搅拌0.5h。再经过超精滤装置去除溶液中的固体杂质后，最后经spectrapure混合床半导体级DI树脂除去溶液中的金属和非金属阴阳离子，直至电导率为0.1μS/cm～1μS/cm，得到高传热系数氢燃料电池冷却液。
下述实施例所得冷却液的性能测试方法(或标准)如下：
采用“闪光法测量热扩散系数或导热系数GB/T 22588-2008”检测冷却液的导热系数。采用“发动机冷却液腐蚀测定法(玻璃器皿法)SH/T 0085-91”检测冷却液的金属防腐蚀性能，并同时通过上海雷磁DDS-307A电导率仪检测试验前后冷却液的电导率。采用“发动机冷却液泡沫倾向测定法(玻璃器皿法)(SH/T 0066-2002)”检测泡沫体积以及泡沫倾向时间。
实施例1
一种高传热系数氢燃料电池冷却液，其各组分按重量份数的构成为：乙二醇50份，去离子水50份，纳米氮化硼分散液1份，壬基酚聚氧乙烯醚0.2份，十六醇0.5份，2-甲基咪唑啉0.5份，甲基苯甲酰胺0.2份，黄原胶0.1份，唬珀酸酰胺0.2份，涂易乐
DF-220系列聚醚消泡剂0.05份，聚丙烯酸铵0.005份，聚乙烯醇0.005份，酚红0.008份，四硼酸钠0.01份。
实施例2
本实施例所配置的冷却液与实施例1的区别在于纳米氮化硼分散液为0.2份。
实施例3
本实施例所配置的冷却液与实施例1的区别在于纳米氮化硼分散液为0.6份。
实施例4
本实施例所配置的冷却液与实施例1的区别在于纳米氮化硼分散液为1.2份。
实施例5
本实施例所配置的冷却液与实施例1的区别在于不含甲基苯甲酰胺、黄原胶以及唬珀酸酰胺。
实施例6
本实施例所配置的冷却液与实施例1的区别在于不含涂易乐
DF-220系列聚醚消泡剂。
实施例7
本实施例所配置的冷却液与实施例1的区别在于不含四硼酸钠。
实施例8
本实施例所配置的冷却液与实施例1的区别在于不含十六醇。
实施例9
本实施例所配置的冷却液与实施例1的区别在于不含2-甲基咪唑啉。
对比例1
一种冷却液，其各组分按重量份数的构成为：乙二醇50份，去离子水50份，壬基酚聚氧乙烯醚0.2份，十六醇0.5份，2-甲基咪唑啉0.5份，甲基苯甲酰胺0.2份，黄原胶0.1份，唬珀酸酰胺0.2份，涂易乐
DF-220系列聚醚消泡剂0.05份，聚丙烯酸铵0.005份，聚乙烯醇0.005份，酚红0.008份，四硼酸钠0.01份。
上述各实施例与对比例所配置的冷却液的导热系数、金属防腐蚀性能、电导率、泡沫体积以及泡沫倾向的检测结果如表1所示。
表1冷却液的导热系数、金属防腐蚀性、电导率、泡沫体积以及泡沫倾向的检测结果
对比实施例1～实施例4以及对比例1可知，随着本发明配方体系中纳米氮化硼分散液含量的增加，冷却液的导热系数先增加后降低，这是由于纳米氮化硼对氢燃料电池冷却液的导热系数具有明显的提高作用，但纳米氮化硼分散液达到一定的浓度时，溶液体系的稳定性降低，对氢燃料电池冷却液的导热系数的提高有负面效应。对比实施例1与实施例5可知，离子抑制剂的添加对氢燃料电池冷却液的金属防腐蚀性能以及电导率的保持性具有明显的提高作用。对比实施例1与实施例6可知，涂易乐
DF-220系列聚醚消泡剂在具有明显的抑泡效果的同时具有一定的金属防腐蚀效果以及电导率保持性。对比实施例1与实施例7可知，缓冲剂的添加在延长缓蚀阻垢剂的缓蚀效果同时具有一定的电导率保持性。对比实施例1与实施例8-实施例9可知，采用烷基酚聚氧乙烯醚、高级醇与咪唑啉类化合物的混合物，可有效提高金属防腐蚀性能。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种高传热系数氢燃料电池冷却液，其特征在于，各组分按重量份数的构成为：
乙二醇45-55份
去离子水45-55份
纳米氮化硼分散液0.2-1份
缓蚀阻垢剂0.6-1.8份
离子抑制剂0.2-0.6份
消泡剂0.001-0.1份
分散剂0.005-0.01份
着色剂0.005-0.01份
缓冲剂0.005-0.01份。
2.根据权利要求1所述的高传热系数氢燃料电池冷却液，其特征在于：所述去离子水的电阻率在16MΩ·cm以上。
3.根据权利要求1所述的高传热系数氢燃料电池冷却液，其特征在于：所述纳米氮化硼分散液为固含量30％的六方纳米氮化硼粉末的水分散液。
4.根据权利要求1所述的高传热系数氢燃料电池冷却液，其特征在于：所述缓蚀阻垢剂为烷基酚聚氧乙烯醚、高级醇与咪唑啉类化合物的混合物。
5.根据权利要求4所述的高传热系数氢燃料电池冷却液，其特征在于：所述烷基酚聚氧乙烯醚为壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、十二烷基酚聚氧乙烯醚和二壬基酚聚氧乙烯醚中的一种或几种的混合物；所述高级醇为十六醇和油醇中的一种或二者的混合物；所述咪唑啉类化合物为2-甲基咪唑啉、2-乙基咪唑啉和2-异丙基咪唑啉中的一种或几种的混合物。
6.根据权利要求1所述的高传热系数氢燃料电池冷却液，其特征在于：所述离子抑制剂为甲基苯甲酰胺、烟酸酰胺、吡啶羧酸酰胺、邻氨基苯甲酰胺、唬珀酸酰胺、草酸二酰胺、黄原胶和淀粉中的一种或几种的混合物。
7.根据权利要求1所述的高传热系数氢燃料电池冷却液，其特征在于：所述消泡剂为
DF-220系列聚醚消泡剂。
8.根据权利要求1所述的高传热系数氢燃料电池冷却液，其特征在于：所述分散剂为六偏磷酸钠、聚丙烯酸铵、壳聚糖、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯酸钠盐、聚乙烯醇和聚乙二醇中的一种或几种的混合物；所述着色剂为甲基红、溴甲基蓝和酚红中的一种或几种的混合物。
9.根据权利要求1所述的高传热系数氢燃料电池冷却液，其特征在于：所述缓冲剂为硼酸盐和磷酸盐中一种或几种的混合物。
10.一种权利要求1～9中任意一项所述的高传热系数氢燃料电池冷却液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将纳米氮化硼分散液、分散剂加入到去离子水中，在高速搅拌机下以2200-2700r/min搅拌0.5-1.5h，获得均匀分散的纳米氮化硼溶液；
S2：将步骤S1得到的纳米氮化硼溶液与乙二醇混合，室温下以700-1000r/min搅拌0.5-1.5h，再依次加入缓蚀阻垢剂以及离子抑制剂，室温下以700-1000r/min搅拌1.5-2.5h；
S3：将消泡剂、着色剂与缓冲剂缓慢加入到步骤S2得到的溶液中，室温下以700-1000r/min搅拌0.5-1h；
S4：经过超精滤装置去除步骤S3所得溶液中的固体杂质后，再经spectrapure混合床半导体级DI树脂除去溶液中的金属和非金属阴阳离子，直至电导率为0.1μS/cm～1μS/cm，得到所述的高传热系数氢燃料电池冷却液。
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|---|---|---|---|
| CN202211599768.6A CN116004193A (zh) | 2022-12-14 | 2022-12-14 | 一种高传热系数氢燃料电池冷却液及其制备方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117467416A (zh) * | 2023-12-26 | 2024-01-30 | 纯牌科技股份有限公司 | 一种有机型机动车冷却液及其制备方法 |
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2022
- 2022-12-14 CN CN202211599768.6A patent/CN116004193A/zh active Pending
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| CN117467416A (zh) * | 2023-12-26 | 2024-01-30 | 纯牌科技股份有限公司 | 一种有机型机动车冷却液及其制备方法 |
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