JP2014203739A - 燃料電池用冷却液 - Google Patents

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Abstract

【課題】低導電性及び防食性を備え、かつ、長期に渡り性能を維持することができる燃料電池用冷却液を提供する。【解決手段】凝固点降下剤、希釈水、腐食抑制剤、腐食抑制助剤、及び安定化剤からなる燃料電池用冷却液であって、前記凝固点降下剤がエチレングリコール又はプロピレングリコールであり、前記希釈水がイオン交換水であり、前記腐食抑制剤が3,5−ジメチルピラゾールであり、前記腐食抑制助剤がテトラエトキシシラン化合物であり、前記安定化剤が2−メルカプトチアゾリンである、燃料電池用冷却液を提供する。【選択図】なし

Description

本発明は、燃料電池、特に、燃料電池用冷却液に関する。
図1に示されるように、固体高分子型燃料電池(PEFC:polymer electrolyte fuel cell)スタック10は、ガス流路(燃料流路11及び酸化剤流路12)と冷却液流路13を備えるセパレータ14と、固体高分子膜と電極からなる膜電極複合体(MEA)15と、ガス拡散層(GDL)16とを一つの構成単位とした単セル17を複数積層したものであり、積層18の両端部に集電板19、絶縁板20、エンドプレート21が順次配置されている。
PEFCの単セル電圧は0.6〜0.8V程度であり、この単セルを数十〜数百セル積層したスタックを直列に接続することによって、300〜400Vの高電圧を得ることができる。PEFCの発電効率は30〜40%(LHV:低位発熱量基準)程度であり、損失分が熱となるため、冷却が必要である。そのため、燃料電池自動車や定置型燃料電池では、主に冷却方式が採用されている。
冷却方式を採用するPEFCでは、燃料電池スタックを構成する燃料電池単セル間を冷却液が連通するようになっており、液絡、漏電防止のため、冷却液には低導電性の液体(例えば、イオン交換水や低導電性不凍液)が使用される。
氷点下での作動が求められる自動車では、エチレングリコール等の凝固点降下剤を使用した低導電性不凍液が用いられる。しかし、エチレングリコールの熱劣化によりギ酸等の有機酸が生成してイオン化し、不凍液の導電性を高くしてしまうため、酸化防止剤等のインヒビタ添加や、耐熱劣化性の凝固点降下剤が使用される。
燃料電池車や定置型燃料電池では、多くの場合、低導電性を維持するため、冷却系統中にイオン交換樹脂を設置し、イオン性物質の除去を行っている。図2に示すように、冷却液はポンプ22により送液され、燃料電池スタック10内を通過して除熱し、ラジエータ23で放熱される。燃料電池の暖気時等、冷却液の温度が低い場合には、三方弁24にて冷却液をバイパス25に流す。また、ラジエータ、配管部品等からのイオン溶出により冷却液の導電率が上昇した場合には、三方弁26にて冷却液をバイパス27に流し、イオン交換器28を通過させてイオンを除去し、低導電性を維持する。
PEFCの最高作動温度は、固体高分子膜の種類によって異なるが、概ね80〜90℃であることから、燃料電池用冷却液には、80〜90℃で連続使用可能な耐熱性が要求されるとともに、燃料電池用冷却液が接液するセパレータ、熱交換器等の金属部品に対する防食性が要求される。また、燃料電池用冷却液特有の機能として、燃料電池システムの絶縁抵抗を維持するための低導電性が要求される。冷却液については、例えば、特許文献1〜9に開示されている。
特開2012−9263号公報 特開2008−059990号公報 特表2006−510168号公報 特開2008−156263号公報 特願2006−512428 特表2011−513552号公報 特開2000−154390号公報 特表2010−509488号公報 特願2009−524437
しかしながら、特許文献1〜9では、1000時間(hr)以上の長期熱劣化性を検証していないため、長期使用時に冷却液の導電率が上昇することによって冷却系統の絶縁抵抗が低下する恐れがある。
特許文献1及び2では、加熱による冷却液の導電率変化または酸生成量のみを良否判定基準としており、アルミニウム等冷却系で用いられる金属材料に対する腐食性(防食性)について検証していない。例え、導電率が低い、または、エチレングリコールの熱劣化による有機酸生成量が微小であっても、低導電性水溶液はpH緩衝能が低いため、有機酸の生成によりpHは容易に低下し、アルミニウムの腐食域(pH値が4.9以下)に入る可能性がある。したがって、特許文献1及び2の冷却液は、燃料電池用冷却液としての性能を満足するとは言い切れない。
特許文献3では、672hr(28日)の短期熱劣化性しか評価しておらず、長期使用が可能であるとは言い切れない。
特許文献4では、インヒビタ添加液のグリコール残存量の測定による耐酸化性能を評価している。しかしながら、導電性や、アルミニウム等冷却系部品材料に対する腐食性については評価しておらず、当該インヒビタ添加液が燃料電池用冷却液としての性能を満足するとは言い切れない。
特許文献5では、インヒビタ添加液の導電率及び劣化生成物量を評価の指標としているが、168hrの短期熱劣化性しか評価しておらず、長期使用可能であるとは言い切れない。また、アルミニウム等冷却系部品材料に対する腐食性についても検証しておらず、当該インヒビタ添加液が燃料電池用冷却液としての性能を満足するとは言い切れない。
特許文献6は、燃料電池用冷却液を想定したものではなく、燃料電池用冷却液に要求される低導電性について全く触れていない。また、冷却液の熱劣化性についても検証されておらず、当該冷却液が燃料電池用冷却液として使用可能であるとの判断はできない。
特許文献7〜9は、燃料電池用冷却液を想定したものではなく、組成液(冷媒または洗浄剤)の導電性及び熱劣化性について全く触れていない。また、3,5−ジメチルピラゾールの防食対象は銅であり、アルミニウム等の材料に対する腐食性については検証されていない。
本発明は前記事情に鑑みてなされたものであって、低導電性及び防食性を備え、かつ、長期に渡り性能を維持することができる燃料電池用冷却液を提供することを目的としている。
前記課題を解決するため、本発明においては、凝固点降下剤、希釈水、腐食抑制剤、腐食抑制助剤、及び安定化剤からなる燃料電池用冷却液であって、前記凝固点降下剤がエチレングリコール又はプロピレングリコールであり、前記希釈水がイオン交換水であり、前記腐食抑制剤が3,5−ジメチルピラゾールであり、前記腐食抑制助剤がテトラエトキシシラン化合物であり、前記安定化剤が2−メルカプトチアゾリンである、燃料電池用冷却液が提供される。
90℃、5000時間での長期耐熱劣化試験による導電率は、22.6μS/cmを超えない値であることが好適である。
88℃、336時間での金属腐食性試験による金属片の質量変化量は、−0.10〜0.10mg/cmの範囲であることが好適である。
88℃、336時間での金属腐食性試験後のpH値は4.9〜8.0の範囲であり、前記金属腐食性試験によるpH値の変化量は−1.0〜1.0の範囲であることが好適である。
本発明の燃料電池用冷却液によれば、低導電性及び防食性を備え、かつ、長期に渡り性能を維持することができる。
燃料電池の構成を示す模式図である。 燃料電池用冷却液の流れを示す模式図である。 燃料電池冷却系統の電気的な構成を示す等価回路の模式図である。
以下、本発明に係る燃料電池用冷却液について説明する。本発明における燃料電池用冷却液は、凝固点降下剤、希釈水、腐食抑制剤、腐食抑制助剤、及び安定化剤からなる。
凝固点降下剤としては、氷点下での使用を可能にするため、氷点下でも凍結しない物質が用いられ、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−プロパンジオール等のジオール化合物を用いることができる。本発明においては、エチレングリコール又はプロピレングリコールが用いられる。エチレングリコールの構造(化学式1)及びプロピレングリコールの構造(化学式2)を以下に示す。


ジオール化合物は、温度が80〜90℃の連続使用下においては熱劣化(酸化)によりギ酸等の有機酸が生成し、水溶液中でイオン化して導電率を上げてしまうため、後述する安定化剤を添加することが必要である。
希釈水としては、低導電性を得るため、イオン性物質を除去したイオン交換水が用いられる。また、上述したジオール化合物の凍結温度は原液よりも希釈時の方が低くなる、原液は高粘度であるためポンプ損失(ポンプへの負荷)が大きくなる等の理由により、ジオール化合物は水で希釈して用いるのが一般的である。
腐食抑制剤は、燃料電池用冷却液が接液するセパレータ、ラジエータ、金属配管等に用いられるステンレス鋼、チタン、アルミニウム等を防食対象金属とする。腐食抑制剤としては、チアゾール類、イミダゾール類、ピラゾール類、トリアゾール類等のアゾール系化合物、脂肪族、芳香族カルボン酸類等が用いられる。本発明においては、3,5−ジメチルピラゾールが用いられる。3,5−ジメチルピラゾールの構造(化学式3)を以下に示す。

なお、腐食抑制剤には、SH基やカルボキシル基のようなイオン化する官能基を持つ化合物や、熱劣化によりイオン性物質を生成する化合物があるため、使用する際は導電性、熱劣化性について検証する必要がある。
腐食抑制助剤は、上述した腐食抑制剤と併用することにより、防食性を向上することができる。腐食抑制助剤としては、シランカップリング剤が用いられ、本発明においては、テトラエトキシシラン化合物が用いられる。テトラエトキシシランの構造(化学式4)を以下に示す。

シランカップリング剤は、分子構造中に反応性の異なる2種類の官能基を持ち、無機材料と有機材料を結合する働きを持つ。無機材料と結合する官能基としてはメトキシ基、エトキシ基があり、有機材料と結合する官能基としてはビニル基、エポキシ基、アミノ基、メタクリル基、メルカプト基等がある。そのため、使用する際はイオン化による導電性、シラン化合物の加水分解によるイオン性物質の生成等について検証する必要がある。
安定化剤としては、上述したジオール化合物の熱劣化を防止するため、チアゾール類、イミダゾール類、ピラゾール類等のアゾール系化合物が用いられる。本発明においては、2−メルカプトチアゾリンが用いられる。2−メルカプトチアゾリンの構造(化学式5)を以下に示す。

なお、アゾール系化合物のうち、2−メルカプトベンゾイミダゾール等のSH基を持つ化合物は、水溶液中でイオン化するため、導電性について検証する必要がある。また、イオン化する官能基を持たない化合物であっても、熱劣化によりイオン性物質が生成して導電性を高くする可能性があるため、熱劣化性についても検証する必要がある。たとえ安定化剤を添加しても、グリコール等の熱劣化を完全に防止することは困難な場合があり、その場合有機酸等の熱劣化生成物が生成して金属を腐食するため、腐食抑制剤を併用する必要がある。
本発明に係る燃料電池用冷却液には、長期耐熱劣化性能及び防食性能に悪影響を与えない範囲で、着色剤、苦味剤等を添加することができる。
また、冷却系統中にイオン交換樹脂を設置する場合には、イオン交換樹脂の性能を最大限に発揮させるために、あらかじめイオン交換樹脂の飽和処理を実施しておくとよい。
本発明者らは、本発明に係る燃料電池用冷却液の組成を導出するために、凝固点降下剤、腐食抑制剤、腐食抑制助剤、及び安定化剤のスクリーニングを行い、鋭意検討した。その結果、本発明に係る燃料電池用冷却液の組成は、凝固点降下剤を50重量部(重量%)とした場合、凝固点降下剤に対して腐食抑制剤を0.05〜0.1重量部、腐食抑制助剤を0.1重量部、安定化剤を0.05〜0.1重量部、希釈水を49.7〜49.8重量部であることが好適であることを見出した。
本発明においては上述したような凝固点降下剤等の各種物質が用いられるが、燃料電池用冷却液特有の要件である導電性に関し、従来技術に導電率の記載がある物質を除いて、安定化剤、腐食抑制剤、腐食抑制助剤のいずれについても、1種または複数種の物質を併用して水、ジオール化合物に溶解させた場合の導電率に関するデータが公になっているものは皆無である。熱劣化による導電率の変化についても同様である。したがって、導電率の記載がある従来技術と全く同じ処方を行う場合を除き、低導電性、長期耐熱劣化性を維持することができる冷却液を見出すためには、試行錯誤を繰り返す以外の方法はない。そこで本発明者らは、燃料電池用冷却液に求められる低導電性、長期耐熱劣化性等の性能について鋭意検討した。
液冷方式の燃料電池における冷却液の導電率許容値は、燃料電池に要求される絶縁抵抗の値から、燃料電池の絶縁方法や冷却構造を考慮して設定される。燃料電池自動車の高電圧からの乗車人員の保護に関する技術水準(道路運送車両の保安基準の細目を定める告示(2005.3.31))3.4項には、燃料電池スタックの冷媒の劣化に起因する感電からの保護に関する記載があり、保護策の一つとして、活電部と電気的シャーシ間の絶縁抵抗値を公称電圧1V当たり100Ω以上にする旨が規定されている。
冷却方式の燃料電池では、冷却液が燃料電池単セルの積層方向に形成されたマニホールド内を流れるため、作動電圧が400Vの燃料電池では最大400Vの電位のセルと冷却液が接触することになり、燃料電池の入口及び出口を流れる冷却液に電位差が生じ、外部への漏電を起こす可能性がある。
通常、燃料電池スタック本体は、非導電性樹脂等の電気絶縁性材料でできた筐体で覆われて絶縁されている。冷却系統を構成する冷却液配管、継手、バルブ、イオン交換器、ポンプ等冷却系部品についても非導電性樹脂等が使用されて燃料電池とは絶縁される。
燃料電池冷却系統の電気的な構成を示す等価回路を図3に示す。ラジエータ(図示せず)は電気的シャーシ29に接続されているため、燃料電池スタック10の出入口間に設置される冷却系統の絶縁抵抗は、冷却液の電気抵抗に依存する。燃料電池で発電した電力は、インバータ、DC−DCコンバータ等を備えるパワーコントロールユニット(PCU)30を経由して駆動モータ、補機等に供給される。
燃料電池冷却系統の電気抵抗Rは、下式(1)に示すように、冷却液の電気抵抗Rとラジエータの電気抵抗Rの合成抵抗として表される。
1/R = 1/R + 1/R ・・・(1)
ラジエータ材料として用いられるアルミニウムの比抵抗は3.6μΩ・cm(100℃)程度であり、冷却液の比抵抗(例えば、0.1MΩ・cm=10μS/cm)に比べて極めて小さく、無視できることから、燃料電池冷却系統の電気抵抗R≒冷却液の電気抵抗Rと考えてよい。
燃料電池冷却系統の絶縁抵抗Rは、下式(2)のように表される。
R = L/ρ・S ・・・(2)
上式(2)中、Rは絶縁抵抗(Ω)であり、Lは冷却液流路長(m)であり、ρは冷却液の導電率(S/m)であり、Sは流路断面積(m)である。上式(2)より、流路長が長いほど、冷却液の導電率が小さいほど、流路断面積が小さいほど、絶縁抵抗は大きくなることがわかる。
流路断面積及び流路長は、燃料電池の出力、構造、設置位置等の制約のもとに設定されるため、配管径の小径化や流路の長尺化には限界がある。例えば、配管径を小さくして流路断面積を小さくすると、送液抵抗が増し、ポンプ損失の増大による燃料電池効率の低下を引き起こし、流路長を長くすることは燃料電池システムの大型化につながるため、望ましくない。
冷却液の導電率を低く保つことは、燃料電池の構造を変えることなく、燃料電池冷却系統の絶縁抵抗を維持することが可能な対策といえる。
燃料電池用冷却液としてよく用いられるエチレングリコール/イオン交換水(50/50wt%)、プロピレングリコール/イオン交換水(50/50wt%)混合溶液の初期導電率は、いずれも1μS/cm以下であるが、熱劣化による導電率の上昇は避けられない。
仮に燃料電池の発電電圧を400Vとし、上述した「燃料電池自動車の高電圧からの乗車人員の保護に関する技術水準」に照らし合わせると、燃料電池システムを含む車両全体として、400×100Ω=0.04MΩ以上の絶縁抵抗を維持する必要がある。
発電電圧400Vの燃料電池が、自動車のボンネット下等の限られたスペースに搭載されることを想定し、燃料電池スタック出口〜ラジエータ間(図2中のL)の配管径を35mmφ、配管長を200mmと仮定すると、0.04MΩの絶縁抵抗を維持するには、下式(3)に示すように、冷却液の導電率ρを52μS/cm以下に保つ必要がある。
ρ= L/R・S ・・・(3)
=20/0.04×10×9.6
=52×10−6 (S/cm)
=52 (μS/cm)
さらに、本発明者らは、本発明に係る燃料電池用冷却液が、燃料電池用冷却液に求められる低導電性及び防食性を満足するか否かについて、長期耐熱劣化性試験、金属腐食性試験及び物性試験を実施し、鋭意検討した。
(長期耐熱劣化性試験)
燃料電池用冷却液の絶縁抵抗が要求されるのは、燃料電池作動時(作動温度:80〜90℃)のみでなく、燃料電池停止直後等も同様である。このとき冷却液は高温状態にある。
通常、導電率の測定は常温で行われ、温度補償機能付きの導電率計(温度補償係数:0.02/℃)では導電率を25℃換算値で表す場合が多いため、測定値を燃料電池の作動温度域の値に換算して評価する必要がある。
ホウケイ酸ガラス製容器に封入した冷却液を、90℃に設定した恒温槽内に入れ、5000hrの長期耐熱劣化性試験を行い、冷却液の導電率経時変化を測定した。導電率の測定には、温度補償機能付きの導電率計(メトラートレド製Inpro7001)を使用し、導電率の25℃換算値を求めた。また、上述した式(3)により求めた、「燃料電池自動車の高電圧からの乗車人員の保護に関する技術水準」に適合する絶縁抵抗を維持することができる冷却液導電率(52μS/cm)を、導電率許容値設定に用いた。
(耐熱劣化性判定基準)
水溶液の導電率は温度が高くなるほど上昇するため、燃料電池作動温度(90℃)における導電率52μS/cmの25℃換算値(K25)を下式(4)から求めた。
25 < 52{1+0.02(90−25)} ・・・(4)
< 22.6 (μS/cm)
上式(4)より、22.6μS/cm(25℃換算値)を熱劣化試験後の導電率許容値とした。すなわち、本発明においては、90℃、5000時間での長期耐熱劣化試験による導電率が、22.6μS/cmを超えない値であることが好適である。これにより、冷却液導電率の上昇による冷却系統の絶縁抵抗低下を長期に渡り防止することができる。また、冷却液劣化による冷却液交換の頻度を低減することができる。さらに、ギ酸等の冷却液劣化生成物を除去するための、イオン交換樹脂の延命、交換頻度の低減を図ることができる。
(金属腐食性試験)
JIS K 2234:2006 不凍液、8.6項に規定された金属腐食性試験を行った。ただし、当該規格は内燃機関用冷却液を想定したものであり、燃料電池冷却系統の材料として通常使用しない鋳鉄、黄銅、はんだ、銅等も対象金属となっているため、本試験においては試験対象金属をアルミニウム合金のみとした。ラジエータ材料を想定し、2種類のアルミニウム合金(A7072、A3003)を金属試験片として用いた。
JIS K 2234、8.6項に記載の金属腐食性試験装置を用い、加熱温度88±2℃、通気量100mL/min、試験時間336hrという条件で金属腐食性試験を行った。
燃料電池用冷却液の場合、内燃機関用冷却液では問題にならない微量の金属イオン溶出が冷却液の導電率上昇に寄与し、冷却系統の絶縁抵抗を低下させるため、JIS K 2234、4項の表2に規定された不凍液2種相当品質規格値(試験後の質量変化:−0.30〜0.30mg/cm)では、腐食によるイオン溶出が問題となる可能性がある。エチレングリコール/イオン交換水混合溶液(50/50wt%)の88(±2)℃、336hrの金属腐食性試験後の導電率を、金属腐食の有無で比較したものを表1に示す。
(金属腐食性判定基準)
金属腐食が不凍液の導電率上昇に与える影響を考慮して、金属試験片の試験後の質量変化許容値を、−0.10〜0.10mg/cmに設定し、2種類のアルミニウム合金(A7072、A3003)のうち、腐食量が多い試験片の値を判定対象とした。すなわち、本発明においては、88℃、336時間での金属腐食性試験による金属片の質量変化量が、−0.10〜0.10mg/cmの範囲であることが好適である。これにより、冷却系部材の腐食を防止できるため、腐食部からのイオン溶出による冷却液の導電率上昇を抑制することができ、イオン溶出による冷却液の絶縁抵抗低下を防ぐことができる。また、腐食部からのイオン溶出を防止できるため、冷却液中の溶出イオン除去のための、イオン交換樹脂の延命、交換頻度の低減を図ることができる。
(物性試験)
JIS K 2234、4項の表2に規定された品質規格では、金属腐食性試験後のpH値の範囲が6.5〜11、pH値の変化量が±1.0と規定されているが、これは内燃機関用冷却液を想定した数値であるため、新たな指標を設定した。
燃料電池用冷却液が接液する材料はステンレス鋼、チタン、アルミニウム等に限定され、そのうち最も耐食性に乏しいアルミニウムの防食を考慮し、pH値の範囲を設定した。非特許文献(アルミニウムの腐食、伊藤伍郎、軽金属、31, 10, 683-696, 1981)によれば、水中におけるアルミニウムの不動態域は、pH値が4.9〜8.0の範囲とされている。
(物性判定基準)
88±2℃、336hrの金属腐食性試験後の被験液pH値が4.9〜8.0の範囲であり、かつ、試験前後におけるpH値の変化量が−1.0〜1.0の範囲を許容値とした。すなわち、本発明においては、88℃、336時間での金属腐食性試験後のpH値が4.9〜8.0の範囲であり、金属腐食性試験によるpH値の変化量が−1.0〜1.0の範囲であることが好適である。これにより、アルミニウム合金の不動態域を維持できるため、冷却系部材の腐食を防止することができる。また、アルミニウム合金の腐食を防止できるため、イオン溶出による冷却液の絶縁抵抗低下を防ぐことができ、かつ、冷却液中の溶出イオン除去のための、イオン交換樹脂の延命、交換頻度の低減を図ることができる。
以下、実施例等を示して本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(実施例1)
プロピレングリコール(凝固点降下剤)を50重量部とし、プロピレングリコールに対して3,5−ジメチルピラゾール(腐食抑制剤)を0.1重量部、テトラエトキシシラン化合物B(腐食抑制助剤)(東レダウコーニング製、AY43−101)を0.1重量部、2−メルカプトチアゾリン(安定化剤)を0.1重量部、イオン交換水(希釈水)を49.7重量部として、冷却液を処方した。
(実施例2)
プロピレングリコール(凝固点降下剤)を50重量部とし、プロピレングリコールに対して3,5−ジメチルピラゾール(腐食抑制剤)を0.05重量部、テトラエトキシシラン化合物A(腐食抑制助剤)(信越化学製、KBE−04)を0.1重量部、2−メルカプトチアゾリン(安定化剤)を0.05重量部、イオン交換水(希釈水)を49.8重量部として、冷却液を処方した。
(実施例3)
エチレングリコール(凝固点降下剤)を50重量部とし、エチレングリコールに対して3,5−ジメチルピラゾール(腐食抑制剤)を0.1重量部、テトラエトキシシラン化合物B(腐食抑制助剤)(東レダウコーニング製、AY43−101)を0.1重量部、2−メルカプトチアゾリン(安定化剤)を0.1重量部、イオン交換水(希釈水)を49.7重量部として、冷却液を処方した。
(実施例4)
エチレングリコール(凝固点降下剤)を50重量部とし、エチレングリコールに対して3,5−ジメチルピラゾール(腐食抑制剤)を0.05重量部、テトラエトキシシラン化合物A(腐食抑制助剤)(信越化学製、KBE−04)を0.1重量部、2−メルカプトチアゾリン(安定化剤)を0.05重量部、イオン交換水(希釈水)を49.8重量部として、冷却液を処方した。
(比較例1)
プロピレングリコール(凝固点降下剤)を50重量部とし、プロピレングリコールに対してイオン交換水(希釈水)を50重量部として、冷却液を処方した。
(比較例2)
エチレングリコール(凝固点降下剤)を50重量部とし、エチレングリコールに対してイオン交換水(希釈水)を50重量部として、冷却液を処方した。
(比較例3)
プロピレングリコール(凝固点降下剤)を50重量部とし、プロピレングリコールに対して2−メルカプトチアゾリン(安定化剤)を0.2重量部、イオン交換水(希釈水)を49.8重量部として、冷却液を処方した。
(比較例4)
エチレングリコール(凝固点降下剤)を50重量部とし、エチレングリコールに対して2−メルカプトチアゾリン(安定化剤)を0.2重量部、イオン交換水(希釈水)を49.8重量部として、冷却液を処方した。
(比較例5)
プロピレングリコール(凝固点降下剤)を50重量部とし、プロピレングリコールに対してテトラエトキシシラン化合物A(腐食抑制助剤)(信越化学製、KBE−04)を0.1重量部、イオン交換水(希釈水)を49.9重量部として、冷却液を処方した。
(比較例6)
プロピレングリコール(凝固点降下剤)を50重量部とし、プロピレングリコールに対してテトラエトキシシラン化合物A(腐食抑制助剤)(信越化学製、KBE−04)を0.1重量部、2−メルカプトチアゾリン(安定化剤)を0.05重量部、イオン交換水(希釈水)を49.85重量部として、冷却液を処方した。
(比較例7)
プロピレングリコール(凝固点降下剤)を50重量部とし、プロピレングリコールに対してトリルトリアゾール(腐食抑制剤)を0.05重量部、2−メルカプトチアゾリン(安定化剤)を0.2重量部、イオン交換水(希釈水)を49.75重量部として、冷却液を処方した。
(比較例8)
エチレングリコール(凝固点降下剤)を50重量部とし、エチレングリコールに対してトリルトリアゾール(腐食抑制剤)を0.1重量部、テトラエトキシシラン化合物A(腐食抑制助剤)(信越化学製、KBE−04)を0.1重量部、イオン交換水(希釈水)を49.8重量部として、冷却液を処方した。
(比較例9)
プロピレングリコール(凝固点降下剤)を50重量部とし、プロピレングリコールに対して3,5−ジメチルピラゾール(腐食抑制剤)を0.05重量部、トリルトリアゾール(腐食抑制剤)を0.05重量部、2−メルカプトチアゾリン(安定化剤)を0.2重量部、イオン交換水(希釈水)を49.7重量部として、冷却液を処方した。
(比較例10)
エチレングリコール(凝固点降下剤)を50重量部とし、エチレングリコールに対して3,5−ジメチルピラゾール(腐食抑制剤)を0.05重量部、トリルトリアゾール(腐食抑制剤)を0.05重量部、2−メルカプトチアゾリン(安定化剤)を0.2重量部、イオン交換水(希釈水)を49.7重量部として、冷却液を処方した。
(比較例11)
エチレングリコール(凝固点降下剤)を50重量部とし、エチレングリコールに対して3,5−ジメチルピラゾール(腐食抑制剤)を0.05重量部、トリルトリアゾール(腐食抑制剤)を0.05重量部、テトラエトキシシラン化合物A(腐食抑制助剤)(信越化学製、KBE−04)を0.1重量部、イオン交換水(希釈水)を49.8重量部として、冷却液を処方した。
(比較例12)
エチレングリコール(凝固点降下剤)を50重量部とし、エチレングリコールに対してトリルトリアゾール(腐食抑制剤)を0.1重量部、テトラエトキシシラン化合物A(腐食抑制助剤)(信越化学製、KBE−04)を0.1重量部、2−メルカプトチアゾリン(安定化剤)を0.2重量部、イオン交換水(希釈水)を49.6重量部として、冷却液を処方した。
(比較例13)
エチレングリコール(凝固点降下剤)を50重量部とし、エチレングリコールに対してトリルトリアゾール(腐食抑制剤)を0.05重量部、テトラエトキシシラン化合物A(腐食抑制助剤)(信越化学製、KBE−04)を0.1重量部、2−メルカプトチアゾリン(安定化剤)を0.15重量部、イオン交換水(希釈水)を49.7重量部として、冷却液を処方した。
(比較例14)
プロピレングリコール(凝固点降下剤)を50重量部とし、プロピレングリコールに対して3,5−ジメチルピラゾール(腐食抑制剤)を0.05重量部、トリルトリアゾール(腐食抑制剤)を0.05重量部、テトラエトキシシラン化合物A(腐食抑制助剤)(信越化学製、KBE−04)を0.1重量部、2−メルカプトチアゾリン(安定化剤)を0.1重量部、イオン交換水(希釈水)を49.7重量部として、冷却液を処方した。
(比較例15)
エチレングリコール(凝固点降下剤)を50重量部とし、エチレングリコールに対して3,5−ジメチルピラゾール(腐食抑制剤)を0.05重量部、トリルトリアゾール(腐食抑制剤)を0.05重量部、テトラエトキシシラン化合物A(腐食抑制助剤)(信越化学製、KBE−04)を0.1重量部、2−メルカプトチアゾリン(安定化剤)を0.1重量部、イオン交換水(希釈水)を49.7重量部として、冷却液を処方した。
(比較例16)
エチレングリコール(凝固点降下剤)を50重量部とし、エチレングリコールに対して3,5−ジメチルピラゾール(腐食抑制剤)を0.05重量部、トリルトリアゾール(腐食抑制剤)を0.05重量部、トリメトキシシラン化合物(腐食抑制助剤)(信越化学製、KBM−403)を0.1重量部、2−メルカプトチアゾリン(安定化剤)を0.2重量部、イオン交換水(希釈水)を49.6重量部として、冷却液を処方した。
(比較例17)
エチレングリコール(凝固点降下剤)を50重量部とし、エチレングリコールに対して2−フェニルイミダゾール(腐食抑制剤)を0.01重量部、トリルトリアゾール(腐食抑制剤)を0.1重量部、テトラエトキシシラン化合物A(腐食抑制助剤)(信越化学製、KBE−04)を0.1重量部、2−メルカプトチアゾリン(安定化剤)を0.2重量部、イオン交換水(希釈水)を49.59重量部として、冷却液を処方した。
実施例1〜4及び比較例1〜17で得られた冷却液について、本明細書に記載した長期耐熱劣化性試験、金属腐食性試験及び物性試験を行った。各試験結果を表2及び3に示す。各試験結果の判定は、本明細書に記載した方法で行った。表2及び3中、各試験結果の判定については、「○」を良好、「×」を不適とした。
表2及び3より、実施例1〜4で得られた冷却液は、エチレングリコール又はプロピレングリコール(凝固点降下剤)、イオン交換水(希釈水)に、インヒビタとして3,5−ジメチルピラゾール(腐食抑制剤)、テトラエトキシシラン化合物(腐食抑制助剤)、2−メルカプトチアゾリン(安定化剤)の3種類の化学物質を添加したものであり、燃料電池用冷却液に要求される低導電性と防食性を備え、長期に渡り性能を維持可能であることが示された。一方、比較例1〜17で得られた冷却液は、長期耐熱劣化性、金属腐食性、物性のいずれかを満足することができず、特に長期耐熱劣化性については、全ての比較例において不適「×」の判定となった。
10 燃料電池スタック
11 燃料流路
12 酸化剤流路
13 冷却液流路
14 セパレータ
15 膜電極複合体(MEA)
16 ガス拡散層(GDL)
17 単セル
18 積層
19 集電板
20 絶縁板
21 エンドプレート
22 ポンプ
23 ラジエータ
24、26 三方弁
25、27 バイパス
28 イオン交換器
29 電気的シャーシ
30 パワーコントロールユニット(PCU)
L 燃料電池スタック出口〜ラジエータ間の長さ

Claims (4)

  1. 凝固点降下剤、希釈水、腐食抑制剤、腐食抑制助剤、及び安定化剤からなる燃料電池用冷却液であって、前記凝固点降下剤がエチレングリコール又はプロピレングリコールであり、前記希釈水がイオン交換水であり、前記腐食抑制剤が3,5−ジメチルピラゾールであり、前記腐食抑制助剤がテトラエトキシシラン化合物であり、前記安定化剤が2−メルカプトチアゾリンである、燃料電池用冷却液。
  2. 90℃、5000時間での長期耐熱劣化試験による導電率が、22.6μS/cmを超えない値である請求項1に記載の燃料電池用冷却液。
  3. 88℃、336時間での金属腐食性試験による金属片の質量変化量が、−0.10〜0.10mg/cmの範囲である請求項1に記載の燃料電池用冷却液。
  4. 88℃、336時間での金属腐食性試験後のpH値が4.9〜8.0の範囲であり、前記金属腐食性試験によるpH値の変化量が−1.0〜1.0の範囲である請求項1に記載の燃料電池用冷却液。
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