JP2008059825A - 燃料電池用冷却液組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、長期の使用によっても基剤の酸化による導電率の上昇が小さく、初期の導電率を維持することができる燃料電池用冷却液組成物に関するものである。
【解決手段】本発明の燃料電池用冷却液組成物はポリアミンを含有することから、基剤の酸化による冷却液の導電率の上昇が効果的に抑制され、長期に渡って使用した場合でも、初期の導電率を維持することができる。
【選択図】なし

Description

本発明は、燃料電池、特には自動車用燃料電池の冷却に使用される冷却液組成物に関する。詳細には長期の使用によっても基剤の酸化による導電率の上昇が小さく、初期の導電率を維持することができる燃料電池用冷却液組成物に関する。

燃料電池は、一般に発電単位である単セルを多数積層した構造のスタックとして構成されている。発電時にはスタックから熱が発生するので、このスタックを冷却するために数セル毎に冷却板が挿入されていた。そして、この冷却板内部には冷却液通路が形成されており、この通路を冷却液が流れることにより、スタックが冷却されるようになっていた。

このように、燃料電池の冷却液は、発電を実行しているスタック内を循環してスタックを冷却するため、冷却液の電気伝導率が高いと、スタックで生じた電気が冷却液側へと流れて電気を損失し、当該燃料電池における発電力を低下させることになる。そこで、従来の燃料電池の冷却液には導電率が低い、換言すれば電気絶縁性が高い純水が使用されていた。

ところが、例えば自動車用燃料電池や家庭用コージェネレーションシステム用燃料電池を考慮した場合、非作動時に冷却液は周囲の温度まで低下してしまう。特に氷点下での使用可能性がある場合、純水では凍結してしまい、冷却液の体積膨張による冷却板の破損など、燃料電池の電池性能を損なう恐れがあった。

このような事情から、燃料電池用冷却液には、不凍性を目的としてグリコール類やアルコール類などの基剤を使用することが考えられる。従来、例えば水とグリコール類の混合溶液からなる基剤と、冷却液の導電率を低導電率に維持するアミン系のアルカリ性添加剤を含む燃料電池用冷却液組成物が提案されている（特許文献１参照）。
特開２００１−１６４２４４号公報

しかし、従来の燃料電池用冷却液組成物にあっては、燃料電池作動中に冷却液中において基剤として使用されているグリコール類やアルコール類が酸化してイオン性物質を生成する。このため、長期に渡って使用することにより、冷却液中のイオン性物質の量が増加し、この結果、初期の導電率が維持できなくなるという事態を招く恐れがあった。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、基剤の酸化による導電率の上昇が小さく、長期に渡って初期の導電率を維持することができる燃料電池用冷却液組成物を提供することを目的とするものである。

本発明の燃料電池用冷却液組成物（以下、単に組成物という）は、ポリアミンを含有することで特徴づけられたものである。

本発明の組成物はポリアミンを含有することから、該ポリアミンが基剤の酸化を抑制し、基剤の酸化による冷却液の導電率の上昇が効果的に抑制され、長期に渡って使用した場合でも初期の導電率を維持することができる。

本発明の組成物に用いる基剤としては、低導電率であって、不凍性を有するものが望ましい。具体的には水、アルコール類、グリコール類、及びグリコールエーテル類の中から選ばれる１種若しくは２種以上の混合物からなるものが望ましい。

アルコール類としては、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノールの中から選ばれる１種若しくは２種以上の混合物からなるものを挙げることができる。

グリコール類としては、例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、１，３−プロパンジオール、１，３−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、ヘキシレングリコールの中から選ばれる１種若しくは２種以上の混合物からなるものを挙げることができる。

グリコールエーテル類としては、例えばエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、テトラエチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、テトラエチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、テトラエチレングリコールモノブチルエーテルの中から選ばれる１種若しくは２種以上の混合物からなるものを挙げることができる。

上記基剤の中でもエチレングリコールおよび又はプロピレングリコールは、取り扱い性、価格、入手容易性の点から好ましい。

上記基剤中にポリアミンが含まれているのである。ポリアミン（polyamine）は、同一分子内に２以上のアミノ基またはイミノ基を含む化合物の総称であり、基剤の酸化を効果的に抑制して、基剤の酸化によるイオン性物質の生成を抑える。このため、長期使用によっても冷却液中のイオン性物質の量が少なくすることができ、この結果、初期の導電率が維持されるという効果を奏することになる。

このような作用効果を奏するポリアミンとしては、ヒドラジン、グアニジン、スペルミン、スペルミジン、プトレシン、カダペリン、またはそれらの誘導体を好ましいものとして挙げることができる。これらのポリアミンの中でも ヒドラジン、グアニジン、及びそれらの誘導体が好ましい。

ヒドラジン及びその誘導体としては、例えばヒドラジン、メチルヒドラジン、ジメチルヒドラジン、エチルヒドラジン、アセチルヒドラジン、ジアセチルヒドラジン、シアノアセチルヒドラジン、ヒドロキシエチルヒドラジン、フェニルヒドラジン、ベンジル−メチルヒドラジン、ベンジル−エチルヒドラジン、ヒドラジノ安息香酸、ニトロフェニルヒドラジン、ジニトロフェニルヒドラジン、アミノベンゾヒドラジン、ヒドラジノピリジン、ジフルオロフェニルヒドラジン、テトラフルオロフェニルヒドラジン、ジフェニルヒドラジン、カルボヒドラジン、ナフタレンカルボヒドラジン、チオカルボヒドラジンなどを挙げることができ、これらの１種若しくは２種以上の混合物の形態で用いることができる。中でもアセチルヒドラジンやメチルフェニルヒドラジンは、酸化抑制効果に優れ、かつ取り扱い性や入手容易性が良好である点でより好ましい。

グアニジン及びその誘導体としては、例えばグアニジン、塩酸グアニジン、硝酸グアニジン、炭酸グアニジン、リン酸グアニジン、スルファミン酸グアニジン、硫酸グアニジン、チオシアン酸グアニジン、重炭酸アミノグアニジン、塩酸アミノグアニジン、テトラメチルグアニジン、シアノグアニジン、ジフェニルグアニジン、ジオルトトリルグアニジン、トリフェニルグアニジン、オルトトリルビグアニド、ジフェニルグアニジンフタレート、スルファグアニジンなどを挙げることができ、これらの１種若しくは２種以上の混合物の形態で用いることができる。中でもリン酸グアニジンやジフェニルグアニジンは、酸化抑制効果に優れ、かつ取り扱い性や入手容易性が良好である点でより好ましい。

ポリアミンの含有量としては、基剤１００重量部に対して０．００１〜２０重量部の範囲が好ましく、より好ましくは０．００１〜１５重量部であり、最適には０．０１〜１０重量部である。ポリアミンの含有量が基剤１００重量部に対して０．００１重量部を下回る場合、十分な基剤の酸化抑制効果を得ることができず、２０重量部を上回る場合には、上回っただけの酸化抑制効果が期待できず、不経済となる。

また本発明の組成物には、燃料電池に使用されている金属の腐食を効果的に抑制するため、少なくとも１種以上の腐食抑制剤を導電率に影響を与えない範囲で含ませることができる。

腐食抑制剤としては、リン酸及び又はその塩、脂肪族カルボン酸及び又はその塩、芳香族カルボン酸及び又はその塩、トリアゾール類、チアゾール類、ケイ酸塩、硝酸塩、亜硝酸塩、ホウ酸塩、モリブテン酸塩、及びアミン塩のいずれか１種若しくは２種以上の混合物を挙げることができる。

尚、本発明の組成物には、例えば水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどのｐＨ調整剤、消泡剤、或いは着色剤などを導電率に影響を与えない範囲で適宜添加することができる。

尚、本発明は、下記実施例に限定されるものではなく、「特許請求の範囲」に記載された範囲で自由に変更して実施することができる。

以下、本発明の組成物の好ましい実施例を挙げ、比較例と対比しつつ、その性能を評価した。表１には実施例１〜４並びに比較例１〜３の組成物を挙げた。実施例１〜４並びに比較例１〜３の各組成物は、いずれもイオン交換水及びエチレングリコールを基剤としており、この基剤中にアセチルヒドラジンを添加したものを実施例１とし、１−メチル−１−フェニルヒドラジンを添加したものを実施例２、リン酸グアニジンを添加したものを実施例３、１，３−ジフェニルグアニジンを添加したものを実施例４とした。

一方、上記基剤のみのものを比較例１とし、上記基剤中にエタノールアミンを添加したものを比較例２、アセトニトリルを添加したものを比較例３とした。

表１に示す実施例１〜４並びに比較例１〜３の各組成物について、酸化劣化後の酸の生成量を測定した。その結果を表２に示した。尚、各組成物の酸化劣化は、１００℃で３３６時間の条件で実施した。

表２から、酸化劣化後の酸の生成量を見たとき、基剤のみの比較例１の酸の生成量が１４、アセトニトリルを添加した比較例３の酸の生成量が１７となっているのに対し、エタノールアミンを添加した比較例２の酸の生成量は幾分抑えられて８となった。これに対し、同一分子内に２以上のアミノ基またはイミノ基を含むポリアミンを添加した実施例１〜４の各組成物の場合、それらの酸の生成量は１〜５と微量な量であり、酸の生成の抑制効果に優れることが確認された。

Claims (4)

1. ポリアミンを含有することを特徴とする燃料電池用冷却液組成物。
2. ポリアミンが、ヒドラジン、グアニジン、またはそれらの誘導体であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池用冷却液組成物。
3. 水、グリコール類、アルコール類、及びグリコールエーテル類の中から選ばれる１種若しくは２種以上の混合物を基剤として用いることを特徴とする請求項１又は２記載の燃料電池用冷却液組成物。
4. ポリアミンの含有量が基剤１００重量部に対して０．００１〜２０重量部であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池用冷却液組成物。