WO2005006475A1 - 燃料電池用冷却液組成物 - Google Patents

Abstract

本発明は、燃料電池用冷却液組成物に関し、分子内に不飽和結合を有し、好ましくは１分子当たりの炭素原子数が２～２０である脂肪族アルコール類を含有す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を用いることにより、組成物の導電率は１０μＳ／ｃｍ以下に維持され、また、組成物の導電率の変動は０～１０μＳ／ｃｍの範囲内に維持される。

Description

明糸田書 燃料電池用冷却液組成物 技術分野

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つて低導電率に維持するととも に不凍性に優れる燃料電池用冷却液組成物に関する。 背景技術

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。 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つていた。 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など、 間欠運転型燃料電池の場合、 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つた。 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 （特開 2 0 0 1— 1 6 4 2 4 4号公報参照)。 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 酸化して僅かではあるが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。 このような不具合を解消するため、 燃料電池の冷却系統の経路にイオン交換樹 脂を配して、 当該イオン交換樹脂により冷却液中のイオン性物質を除去し、 冷却 液の導電率の上昇を抑える試みもなされている。 しかし、 この場合、 イオン交換樹脂が、 基剤の酸化により生成したイオン性物 質の除去に費やされ、 当該イオン交換樹脂のイオン交換量が低下し、 交換寿命が 著しく低下するという不具合があった。 本発明は、 このような事情に鑑みなされたものであり、 基剤の酸化によるィォ ン性物質の生成を抑制することにより、 長期に渡つて低導電率に維持するととも 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。 発明の開示

以下、 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） をさらに 詳しく説明する。 本発明の組成物は、 分子内に不飽和結合を有する脂肪族アルコ —ル類を含有することを特徴とするものである。 この組成物における基剤として 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、 グリコ ール類、 飽和アルコール類及びグリコ一ルェ一テル類の中から選ばれる 1種若し くは 2種以上からなるものが好ましい。 グリコ一ル類としては、 例えばェチレングリコ一ル、 ジェチレングリコ一ル、 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、 へキシレング ϋ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。 飽和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、 ブタノ一ル、 ペン夕ノール、 へキサノール、 ヘプ夕ノール、 ォク夕ノールの中か 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 チレンダリコールモノメチルェ一テル、エチレングリコールモノェチルエーテル、 ジェチレングリコールモノェチルエーテル、 トリェチレングリコールモノェチル エーテル、 テトラエチレングリコールモノェチルエーテル、 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プチルェ一テル、 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一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。 本発明の脂肪族アルコール類は、 分子内に不飽和結合を有するものであり、 上 記基剤の酸化によるイオン性物質の生成を抑制し、 以て当該組成物を使用した冷 却液を低導電率に維持することができる。 具体的には、 組成物の導電率を 1 0 S Z c m以下に維持し、 さらに長期の使用による組成物の導電率の変動を、 0〜 1 0 S / c mの範囲内に維持することができる。 また、 本発明の脂肪族アルコール類は、 燃料電池の冷却系統の経路にイオン交 換樹脂が配されていても、 当該イオン交換樹脂によって容易に除去されず、 前記 経路内を循環する当該組成物を用いた冷却液の導電率を低導電率に維持する効果 が損なわれ難く、 イオン交換樹脂によって除去されないことから、 当該イオン交 換樹脂のイオン交換量を低下させず、 その分使用寿命を長くすることができる。 このような脂肪族アルコール類としては、 1分子当たりの炭素原子数が 2〜 2 0のものが好ましく、 具体的にはァリルアルコール、 2—ブテン一 1一オール、 3—プテン— 1一オール、 1ープテン一 3—オール、 2—メチルー 2—プロペン 一 1一オール、 4一ペンテン一 1一オール、 1一ペンテン一 3—オール、 2 _ぺ ンテン一 1—オール、 2—メチル—3—ブテン一 2—オール、 3—メチルー 2一 ブテン一 1一オール、 3—メチル— 3—ブテン一 1一オール、 2—へキセン— 1 一オール、 3—へキセン— 1一才一レ、 4一へキセン一 1ーォ一レ、 5—へキセ ンー 1一オール、 1一へキセン一 3—オール、 6一ヘプテン— 1一オール、 2— ヘプテン— 1一オール、 4一ヘプテン一 1ーォ一ル、 7—ォクテン— 1—オール、 2ーォクテン一 1一オール、 3ーォクテン一 1一オール、 5—ォクテン一 1—ォ ール、 3ーォクテン一 2—オール、 1—ォクテン一 3—オール、 2—ノネン一 1 一オール、 3—ノネン一 1一オール、 6 _ノネン一 1一オール、 8—ノネンー 1 一オール、 1一ノネンー 3—オール、 2—デセン— 1—オール、 4ーデセン— 1 一オール、 9ーデセン— 1—オール、 3， 7ージメチル一 6—ォクテン一 3—才 ール、 2—ゥンデセン一 1一オール、 1 0—ゥンデセン一 1—オール、 2—ドデ セン— 1一オール、 2—プロピン一 1 _オール、 2—ブチン— 1一オール、 1一 ブチン一 3—オール、 3—ブチン一 1—オール、 1一ペンチン— 3—オール、 2 一ペンチン— 1一オール、 3一ペンチン— 1—オール、 4一ペンチン一 1ーォー ル、 4一ペンチン一 2—オール、 3—メチル一 1ーブチン一 3—オール、 1—へ キシン一 3—オール、 3一へキシン一 1—オール、 5—へキシン— 3—オール、 2—へキシン— 1—オール、 5—へキシン— 1一オール、 3—メチルー 1一ペン チン一 3—オール、 2—シクロへキセン一 1一オール、 2， 4—へキサジェンー 1一オール、 1一ヘプチン一 3—オール、 2—ヘプチン一 1一オール、 3—ヘプ チン一 1一オール、 4一ヘプチン— 2—オール、 5—ヘプチン一 3—オール、 5 ーメチルー 1一へキシン一 3—ォ一ル、 3， 4ージメチル— 1一ペンチン一 3— オール、 3—ェチルー 1一ペンチン一 3—オール、 3， 5—ジメチルー 1一へキ シン一 3—オール、 3一才クチン一 1一オール、 1ーォクチン一 3—オール、 2 , 7—ォクタジエノ一ル、 3， 6—ジメチルー 1一ヘプチン一 3—オール、 3—ェ チル— 1一ヘプチン一 3—オール、 3—ノニン一 1一オール、 2 , 6—ノナジェ ンー 1—ォ一ル、 3 , 6—ノナジェン一 1一オール、 1—シクロへキシルー 2一 ブテン一 1一オール、 2—デシン— 1一オール、 3—デシン一 1一オール、 2， 4ーデカジエンー 1一オール、 4—ェチルー 1ーォクチン一 3—オール、 3， 7 一ジメチルー 2 , 6一才クタジェン一 1一オール、 1 0—ゥンデシン一 1一才一 ル、 2 , 4—ゥンデカジエンー 1一オール、 2 , 4—ドデカジエンー 1一オール、 3—メチルー 1一ペンテン一 4一イン一 3一オール、 1—ェチ二ルー 1ーシクロ へキサノール、 2—ブテン一 1 , 4一ジオール、 2—ブチン一 1 , 4—ジオール、 3—ブテン一 1， 2—ジオール、 2—メチレン一 1， 3—プロパンジオール、 7 —ォクテン一 1， 2—ジオール、 2 , 5—ジメチルー 3—へキシン一 2 , 5—ジ オール、 3 , 6—ジメチルー 4ーォクチン一 3 , 6ージオール、 3一ペンテン-- 2一オール、 4一ペンテン一 2—オール、 2ーメチルー 3—ブテン一 1一オール、 5一へキセン一 2—オール、 3—メチルー 1一ペンテン— 3—オール、 4ーメチ ルー 3—ペンテン一 1一オール、 4ーメチルー 2—シクロへキセン一 1一オール、 5—デセン一 1 一オール、 3 , 7 _ジメチルー 6—ォクテン一 3—オール、 1， 4一ペン夕ジェン— 3—オール、 1， 5—へキサジェンー 3—オール、 1 , 6— へブタジエン一 4—オール、 2—メチルー 3—へキシン一 2—オール、 1ーェチ 二ルー 1ーシクロペンタノ一ル、 1 0—ゥンデシン一 1一オール、 1 , 5—へキ サジェンー 3， 4 -ジオール、 3 , 5—シクロへキサジェン— 1 , 2 -ジオール から選ばれた 1種、 若しくは 2種以上を挙げることができる。 脂肪族アルコール類の含有量としては、 基剤 1 0 0重量部に対し、 0 . 0 1〜 1 5重量部の範囲とするのが望ましい。 上記範囲外の場合には、 上述した充分な 効果が得られず、 また不経済となる。 なお、 本発明の組成物には、 前記の成分以外に例えば消泡剤、 着色剤等を含有 させても良いし、 他の従来公知の防鲭添加剤である、 モリプデン酸塩、 タンダス テン酸塩、 硫酸塩、 硝酸塩及び安息香酸塩などを該組成物の低導電率を阻害しな い範囲で併用しても良い。 実施例

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、 好ましい例としてエチレングリコールと脂肪族不飽和アルコールである 3—ブテ ンー 1一オールとイオン交換水とを含む組成物 （実施例 1 )、 エチレングリコー ルと脂肪族不飽和アルコールである 4一ペンテン一 1一オールとイオン交換水と を含む組成物 （実施例 2 )、 およびエチレングリコ一ルと脂肪族不飽和アルコー ルである 2 , 5—ジメチルー 3—へキシン一 2， 5〜ジオールとイオン交換水と を含む組成物 （実施例 3 ) を示すとともに、 比較としてエチレングリコールとィ オン交換水とを含む組成物 （比較例 1 )、 エチレングリコールと脂肪族飽和アル コールである 1ーブタノールとイオン交換水とを含む組成物 （比較例 2 )、 およ びエチレングリコールと脂肪族飽和アルコールである 1一ペン夕ノールとイオン 交換水とを含む組成物 （比較例 3 ) を挙げた。

(以下余白）

表 1

上記表 1に示す実施例 1〜実施例 3、 並びに比較例 1〜比較例 3の各組成物に ついて、 酸化劣化後の導電率を測定した。 その結果を表 2に示した。 尚、 各組成 物の酸化劣化は、 1 0 0 °Cで 1 6 8時間の条件で実施した。

(以下余白） 表 2

表 2から、 実施例 1〜 3並びに比較例 1〜 3の各組成物は、 いずれも初期の導 電率は 0 . 3 β S/cm以下と低導電率を示していたが、 酸化劣化後の導電率を見 てみると、 比較例 1〜3の各組成物について、 比較例 1が 4 2 . 6、 比較例 2が 4 3 . 9、 比較例 3が 3 9 . 6と、 いずれも大幅に導電率が上昇していた。 これ に対し、実施例 1〜 3の各組成物については、実施例 1が 9 . 5、実施例 2が 4 . 4、 実施例 3が 2 . 9となり、 いずれも 0〜9 . 5 H S/cmの範囲に留まってい て低導電率が維持されていることが確認された。 発明の効果

本発明の組成物は、 分子内に不飽和結合を有する脂肪族アルコール類を含有す ることから、 基剤の酸化によるイオン性物質の生成を抑制し、 長期に渡って低導 電率を維持する。 また、 本発明の組成物における脂肪族アルコール類は、 燃料電 池の冷却系統の経路にイオン交換樹脂が配されていても容易に除去されないこと から、 イオン交換樹脂の使用寿命を長くすることができる。

Claims

言青求の範囲

1 . 燃料電池を冷却する冷却液組成物であって、 分子内に不飽和結合を有する 脂肪族アルコール類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 . 脂肪族アルコール類の 1分子当たりの炭素原子数が 2〜 2 0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 . 脂肪族アルコール類が、 ァリルアルコール、 2—ブテン一 1一オール、 3 ーブテン— 1一オール、 1ーブテン一 3—オール、 2—メチルー 2—プロペン一 1一オール、 4一ペンテン— 1一オール、 1—ペンテン一 3—オール、 2一ペン テン一 1一オール、 2—メチル— 3—ブテン— 2—オール、 3—メチルー 2—ブ テン一 1一オール、 3—メチルー 3—ブテン一 1一オール、 2—へキセン一 1一 オール、 3—へキセン一 1一オール、 4一へキセン一 1一オール、 5—へキセン — 1—オール、 1—へキセン— 3—オール、 6—ヘプテン一 1—オール、 2—へ プテン一 1 _オール、 4一ヘプテン一 1一オール、 7—ォクテン一 1一オール、 2一ォクテン一 1一オール、 3—ォクテン一 1一オール、 5—ォクテン一 1ーォ —ル、 3—ォクテン一 2—オール、 1—ォクテン一 3—オール、 2—ノネンー 1 一オール、 3—ノネン一 1一オール、 6—ノネンー 1一オール、 8 _ノネンー 1 —オール、 1一ノネンー 3—オール、 2—デセン一 1一オール、 4ーデセン一 1 —オール、 9ーデセン一 1一オール、 3 , 7一ジメチルー 6—ォクテン一 3—才 ール、 2—ゥンデセン一 1一オール、 1 0—ゥンデセン一 1一オール、 2—ドデ セン— 1一オール、 2—プロピン一 1一オール、 2—ブチン一 1一オール、 1— ブチン一 3—オール、 3—ブチン— 1一オール、 1—ペンチン一 3—ォ一ル、 2 一ペンチン一 1—オール、 3—ペンチン一 1一才一レ、 4一ペンチン一 1ーォー ル、 4一ペンチン一 2—オール、 3—メチル _ 1—ブチン一 3—オール、 1一へ キシン一 3—オール、 3一へキシン— 1一オール、 5—へキシン一 3—オール、 2一へキシン一 1一オール、 5—へキシン一 1一オール、 3ーメチルー 1一ペン チン一 3—オール、 2—シクロへキセン一 1—オール、 2 , 4一へキサジェン— 1一オール、 1一ヘプチン一 3—オール、 2—ヘプチン一 1一オール、 3—ヘプ チン一 1一オール、 4一ヘプチン一 2一オール、 5—ヘプチン一 3—オール、 5 一メチル _ 1一へキシン一 3—オール、 3 , 4—ジメチルー 1一ペンチン一 3— オール、 3—ェチルー 1—ペンチン一 3—オール、 3 , 5—ジメチルー 1一へキ シン一 3—オール、 3—ォクチン一 1—オール、 1ーォクチン— 3—オール、 2 , 7—ォクタジェノール、 3， 6—ジメチルー 1 _ヘプチン一 3—オール、 3—ェ チルー 1一ヘプチン一 3—オール、 3—ノニン— 1一オール、 2 , 6—ノナジェ ンー 1一オール、 3 , 6—ノナジェンー 1—オール、 1ーシクロへキシルー 2— ブテン— 1一オール、 2—デシン一 1一オール、 3—デシン一 1ーォ一ル、 2 , 4ーデカジエンー 1一オール、 4ーェチルー 1ーォクチン一 3—オール、 3 , 7 一ジメチルー 2， 6ーォクタジェン一 1一オール、 1 0—ゥンデシン一 1ーォー ル、 2 , 4ーゥンデカジェン一 1—オール、 2 , 4ードデカジエンー 1—オール、 3—メチル一 1一ペンテン一 4—イン一 3—オール、 1一ェチニルー 1ーシクロ へキサノール、 2—ブテン一 1， 4ージオール、 2—ブチン一 1 , 4ージオール、 3ーブテン— 1 , 2 --ジオール、 2ーメチレン一 1 , 3—プロパンジオール、 7 ーォクテン一 1， 2—ジオール、 2， 5—ジメチル一 3—へキシン一 2 , 5—ジ オール、 3 , 6—ジメチル一 4ーォクチン一 3， 6一ジオール、 3一ペンテン一 2一オール、 4一ペンテン一 2一オール、 2—メチルー 3ーブテン一 1—オール、 5一へキセン一 2一オール、 3—メチルー 1一ペンテン一 3—オール、 4一メチ ルー 3—ペンテン一 1一オール、 4一メチル— 2—シクロへキセン一 1一オール、 5—デセン一 1一オール、 3， 7—ジメチルー 6—ォクテン一 3—オール、 1， 4一ペン夕ジェン一 3—オール、 1 , 5一へキサジェンー 3—オール、 1， 6— へブタジエン一 4一オール、 2ーメチルー 3—へキシン一 2—オール、 1ーェチ 二ルー 1ーシクロペン夕ノール、 1 0—ゥンデシン— 1—オール、 1 , 5一へキ サジェンー 3， 4—ジオール、 3 , 5—シクロへキサジェンー 1 , 2一ジオール から選ばれた 1種、 若しくは 2種以上からなることを特徴とする請求項 2記載の 燃料電池用冷却液組成物。

4 . 基剤として、 水、 グリコール類、 飽和アルコール類及びダリコールエーテ ル類の中から選ばれる 1種若しくは 2種以上からな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。

5. 脂肪族アルコール類の含有量が基剤 100重量部に対して 0. 01〜15 重量部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。

6. 脂肪族アルコール類は、 当該燃料電池用冷却液組成物の導電率を 10 iS / c m以下に維持す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。

7. 脂肪族アルコール類は、 当該燃料電池用冷却液組成物の導電率の変動を、 0〜10 SZ cmの範囲内に維持することを特徴とする請求項 1〜6のいずれ かに記載の燃料電池用冷却液組成物。