JP5027656B2 - 燃料電池用冷却液組成物 - Google Patents

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し、詳細には該組成物の導電率を長期に亘って低導電率の維持に優れ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とセパレータを多数積層した構造のセル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、このセル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。

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、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、特には自動車用燃料電池の冷却液には、低導電性および不凍性が要求される。

上記要求に対応することができる燃料電池用冷却液組成物として、従来、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て維持するアミン系のアルカリ性添加剤を含むものが提案されている（特許文献１参照）。
特開２００１−１６４２４４号公報

ところが、上記組成物におけるグリコール類などの基剤は、燃料電池作動中に酸化してイオン性物質を生成する。このため、長期間の使用により冷却液中のイオン性物質量も増加し、この結果、冷却液の低導電率を維持できなくなるという事態を招いていた。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、基剤の酸化によるイオン性物質の生成を抑制することにより、長期に渡って低導電率を維持するとともに不凍性に優れ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。

本発明は、燃料電池を冷却する冷却液組成物において、
構造式中にカルボニル基を導入した環状の原子配列を持ち、かつ前記環状の原子配列中に不飽和結合が存在する化合物を含有すると共に、
前記化合物が、オキサゾロン、ピラゾロン、ジャスモン、ベンゾキノン、ピロン、γ−ピリドン、ウラシル、トロポン、トロポロン、クロモン、ナフトキノン、オキシンドール、フタリド、オキサントロン、アントロン、アリザリン、アクリドン、及びそれらの誘導体からなる群から選択されるものである、ことを特徴とするものである。

本発明の燃料電池用冷却液組成物は、構造式中にカルボニル基を導入した環状の原子配列を持ち、かつ前記環状の原子配列中に不飽和結合が存在する化合物を含有することから、基剤の酸化によるイオン性物質の生成を効果的に抑制し、長期に渡って低導電率を維持することができる。

本発明の実施形態に従う燃料電池用冷却液組成物（以下、単に組成物という）は、構造式中にカルボニル基を導入した環状の原子配列を持ち、かつ前記環状の原子配列中に不飽和結合が存在する化合物を含有することで特徴づけられたものである。

この組成物における基剤には、低導電率であって、不凍性を有するもの、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を使用することができる。

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、ポリオキシアルキレングリコールのアルキルエーテル、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種以上からなるものを挙げることができる。

上記基剤内に構造式中にカルボニル基を導入した環状の原子配列を持ち、かつ前記環状の原子配列中に不飽和結合が存在する化合物（以下、単に化合物という）が含まれているのである。この化合物は、上述の基剤の酸化によるイオン性物質の生成を効果的に抑制する機能を有していることから、この化合物を含む組成物を希釈して燃料電池を冷却する冷却液として用いた場合、当該冷却液は長期に亘って低導電率が維持されることになる。

このような機能を持つ化合物としては、構造式中にカルボニル基を導入した環状の原子配列を持ち、かつ前記環状の原子配列中に不飽和結合が存在するものであれば特に限定されないが、特には、環状の原子配列における炭素数が３〜３５のもの（特には５〜１０のもの）が、基剤の酸化によるイオン性物質の生成を効果的に抑制する効果に優れる点で好ましい。

この化合物の具体例としては、オキサゾロン、ピラゾロン、ジャスモン、ベンゾキノン、ピロン、γ−ピリドン、ウラシル、トロポン、トロポロン、クロモン、ナフトキノン、オキシンドール、フタリド、オキサントロン、アントロン、アリザリン、アクリドン、及びそれらの誘導体を挙げることができる。

上記化合物は、基剤１００重量部に対して０．０１〜２０重量部の範囲で含まれていることが望ましい。化合物の含有量が０．０１重量部を下回る場合、基剤の酸化によるイオン性物質の生成を効果的に抑制する効果が十分でなく、化合物の含有量が２０重量部を上回る場合には、上回る分だけの効果が期待できず、不経済となる。

尚、本発明の組成物には、当該組成物の低伝導率を阻害しない範囲で、前記成分以外に例えば消泡剤や着色剤等を含有させてもよいし、他の従来公知の防錆添加剤である、モリブデン酸塩、タングステン酸塩、硫酸塩、硝酸塩、安息香酸塩、アミン、トリアゾール、及びリン酸塩などを併用することができる。

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、本発明の組成物を実施例に従いさらに詳しく説明する。下記表１には、５０重量％のエチレングリコール及び５０重量％のイオン交換水を基剤とし、これに０．１重量％のα−ピロンを添加したものを実施例１とし、前記基剤に１．７重量％のヒノキチオール（トロポロン）を添加したものを実施例２とした。

また、前記基剤のみからなるものを比較例１とし、前記基剤に１．０重量％のフルフリルアルコールを添加したものを比較例２とし、前記基剤に５．０重量％の桂皮アルコールを添加したものを比較例３とした。

上記実施例１及び２、並びに比較例１〜３の各組成物について、酸化劣化試験を行い、試験後の導電率（μＳ／ｃｍ）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試験は、１００℃で１６８時間の条件で実施した。

表２から、酸化劣化後の各組成物の導電率を見ると、基剤のみからなる比較例１の組成物が、初期の導電率が０．２に対して酸化劣化試験後の導電率は４３となっており、その変動は４２．８と大きく、基剤が酸化劣化して導電率が大きく上昇していることが確認された。

これに対し、比較例２の組成物の場合、初期の導電率が２．５に対して酸化劣化試験後の導電率は５３となっており、その変動は５０．５と比較例１よりも大きく、基剤の酸化劣化による導電率の上昇が全く抑制されておらず、むしろ導電率を上昇させていることが確認された。

比較例３の組成物の場合には、初期の導電率が４．２に対して酸化劣化試験後の導電率は２８となっており、その変動は２３．８であり、基剤の酸化劣化による導電率の上昇が幾分抑制されていることが確認された。

これに対して、実施例１の組成物にあっては、初期の導電率が０．３に対して酸化劣化試験後の導電率は７．４となっており、その導電率の変動は７．１と僅かであり、基剤の酸化劣化による導電率の上昇が効果的に抑制されていることが確認された。

さらに、実施例２の組成物については、初期導電率が３．６に対して酸化劣化試験後の導電率が４．９となっており、その変動は１．３と極めて小さく、基剤の酸化劣化による導電率の上昇が効果的に抑制されており、当該組成物における基剤の酸化防止効果が予想を超えて遙かに良いことが確認された。

以上の結果から、実施例１及び２に係る組成物にあっては、厳しい条件下での酸化劣化試験を経た後であるにも拘わらず、導電率の上昇は極めて小さいことから、これらの組成物を希釈して燃料電池の冷却液として適用した場合においても、基剤の酸化によるイオン性物質の生成を効果的に抑制できることが予測され、長期に渡っての低導電率の維持が期待できる。

Claims (4)

1. 燃料電池を冷却する冷却液組成物において、
   構造式中にカルボニル基を導入した環状の原子配列を持ち、かつ前記環状の原子配列中に不飽和結合が存在する化合物を含有すると共に、
   前記化合物が、オキサゾロン、ピラゾロン、ジャスモン、ベンゾキノン、ピロン、γ−ピリドン、ウラシル、トロポン、トロポロン、クロモン、ナフトキノン、オキシンドール、フタリド、オキサントロン、アントロン、アリザリン、アクリドン、及びそれらの誘導体からなる群から選択されるものである、ことを特徴とする燃料電池用冷却液組成物。
2. 前記化合物の環状の原子配列における炭素数が３〜３５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. 前記化合物が、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いずれか１種若しくは２種以上の混合物からなる基剤中に含まれていることを特徴とする請求項1又は２に記載の燃料電池用冷却液組成物。
4. 前記化合物の含有量が、前記基剤１００重量部に対して０．０１〜２０重量部であることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池用冷却液組成物。