CN1625816A - 燃料电池用冷却液组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃料电池冷却中使用的冷却液组合物、具体地涉及具有低导电率、不冻性、以及对于在燃料电池的冷却***中使用的金属特别是铝类材料具有优异防腐蚀性、而且即使在长期使用中导电率也难以上升的燃料电池用冷却液组合物。本发明的燃料电池用冷却液组合物，其特征是，含有基剂和将所述冷却液组合物的导电率维持在低导电率的添加剂，所述防锈添加剂是抑制基剂的氧化，或者封锁冷却***内溶解出来的离子、防止所述冷却液组合物的导电率上升的物质。

Description

燃料电池用冷却液组合物
技术领域
本发明涉及使用于燃料电池、特别是汽车用燃料电池冷却中的冷却液组合物，具体地涉及长期能将该冷却液组合物维持在低导电率的同时，不冻性、防锈性优异的燃料电池用冷却液组合物。
背景技术
燃料电池，一般地将作为发电单元的单电池层压多层而成的结构堆叠而构成。在发电时，由于由堆产生热，因此为了冷却该堆，往往每隔几个电池***冷却板。
在冷却板内部预形成有冷却液通道，冷却液流过该通道，由此使堆冷却。
这样，由于燃料电池的冷却液在正在发电的堆内循环而冷却堆，所以冷却液的导电率一高，在堆中生成的电就流向冷却液一侧而损失电，使该燃料电池中的发电能力下降。
因此，以往在燃料电池冷却液中，使用导电率低、换言之使用电绝缘性高的纯水。
但是，例如在汽车用燃料电池等间歇运转型燃料电池的情况下，不工作时，冷却液下降到环境温度。尤其有可能在冰点下使用时，纯水冻结，存在因冷却液体积膨胀引起冷却板的损坏等损害燃料电池的电池性能的担心。
另外，考虑到汽车用燃料电池等的冷却***时，从轻量化的观点出发，预测在冷却板和热交换器等中会使用铝类材料。铝类材料防锈性差、容易发生腐蚀、发生腐蚀时引起导电率上升。
由这种情形出发，在燃料电池、特别是汽车用燃料电池的冷却液中，要求低导电性、不冻性与防锈性。
本发明人对可以应对上述要求的燃料电池用冷却液组合物，反复进行深刻研究的结果，终于完成了本发明。
即，本发明的目的在于，提供长期能将该冷却液组合物维持在低导电率的同时，不冻性、防锈性优异的燃料电池用冷却液组合物。
发明内容
以下，更详细地说明本发明的燃料电池用冷却液组合物(以下只称组合物)。本发明的组合物，含有基剂和防锈添加剂。作为基剂，低导电率，优选具有不冻性。具体的，优选从水、二醇类、醇类及二醇醚类中选择的1种或大于等于2种物质组成的物质组。
作为二醇类，可以例举从乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、丙二醇、1，3-丙二醇、1，3-丁二醇、1，5-戊二醇、己二醇中选择的1种或大于等于2种物质组成的物质组。
作为醇类，可以例举从甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、庚醇、辛醇中选择的1种或大于等于2种物质组成的物质组。
作为二醇醚类，可以例举从乙二醇单甲醚、二乙二醇单甲醚、三乙二醇单甲醚、四乙二醇单甲醚、乙二醇单***、二乙二醇单***、三乙二醇单***、四乙二醇单***、乙二醇单丁醚、二乙二醇单丁醚、三乙二醇单丁醚、四乙二醇单丁醚中选择的1种或大于等于2种物质组成的物质组。
本发明的防锈添加剂，当将其加入基剂时能够使该组合物的导电率维持在不降低燃料电池中的发电能力的程度(低导电率)。具体地，在基剂中加入该防锈添加剂时，将组合物的导电率维持在小于等于10μS/cm。另外，该防锈添加剂，即使长期使用的情况下，也能将由长期使用引起组合物导电率的变化维持在0至10μS/cm的范围内。
该防锈添加剂是抑制基剂氧化、防止冷却液组合物导电率上升的物质，或者是封锁冷却***内溶解出来的离子、防止所述冷却液组合物导电率上升的物质。
作为抑制基剂氧化、防止导电率上升的物质，可以例举从苯酚磺酸、氯酚、硝基苯酚、溴酚、氨基苯酚、二羟基苯、8-羟基喹啉、羟基苯乙酮、甲氧基苯酚、2，6-二叔丁基对甲酚、叔丁基-4-甲氧基苯酚、2，6-二叔丁基-4-乙基苯酚、4，4-亚丁基双(3-甲基-6-叔丁基苯酚)、2，2-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、2，2-双(对羟基苯基)丙烷中选择的1种或大于等于2种组成的酚化合物。
作为封锁离子、防止导电率上升的物质，可以例举烃羰基化合物、酰胺化合物、酰亚胺化合物与二唑化合物中的任意一个。
作为烃羰基化合物，可以例举从2，4-戊二酮、3-甲基-2，4-戊二酮、3-乙基-2，4-戊二酮、3-丙基-2，4-戊二酮、3-正丁基-2，4-戊二酮、2，3-庚二酮、2，5-己二酮、邻苯二甲醛、苯甲醛、二羟基苯甲醛、戊酮、2-乙酰环戊酮、环己酮、环己二酮、2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酮中选择的1种或大于等于2种物质组成的物质组。
作为酰胺化合物，可以例举从苯甲酰胺、甲基苯甲酰胺、烟酸酰胺、吡啶羧酸酰胺、邻氨基苯甲酰胺、琥珀酸酰胺、草酸二酰胺、乙酰胺、2-吡咯烷酮、己内酰胺中选择的1种或大于等于2种物质组成的物质组。
作为酰亚胺化合物，可以例举从琥珀酸亚胺、苯二甲酸酰亚胺、马来酸酰亚胺、戊二酸酰亚胺、1，8-萘二甲酰亚胺、四氧嘧啶、红紫酸中选择的1种或大于等于2种物质组成的物质组。
作为二唑化合物，可以例举从咪唑啉间二氮杂环戊烯、1，3-二唑、硫氢基咪唑啉间二氮杂环戊烯、硫氢基咪唑、苯并咪唑、硫氢基苯并咪唑、甲基咪唑、二甲基咪唑、咪唑-4，5-二羧酸、1，2-二唑、甲基吡唑中选择的1种或大于等于2种物质组成的物质组。
作为防锈添加剂的含量，相对于基剂，优选0.001-10.0重量％的范围。防锈添加剂的含量比上述范围少时，得不到充分的防锈性；防锈剂的含量比上述范围多时，得不到增加部分的效果而不经济。
另外，本发明的组合物中，也可以含有上述成分以外的例如消泡剂、着色剂，在不有害于该组合物的低导电率的范围内，也可以并用其它以往公知的防锈添加剂钼酸盐、钨酸盐、硫酸盐、硝酸盐及安息香酸盐等。
具体实施方式
实施例
以下，根据实施例进一步详细说明本发明的组合物。下述表1中，在表示作为该组合物的优选实施例的例1～例6的同时，列举了作为对照的以往技术只用了离子交换水(对照例1)、以离子交换水为基剂以不冻性为目的地加入乙二醇的组合物(对照例2)、在对照例2中加入添加作为公知的防锈剂三乙醇胺的组合物(对照例3)。
表1
成分 实施例2 实施例1 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 对照例1 对照例2 对照例3
乙二醇 - - 50 50 50 50 - 50 50
离子交换水 - 30 50 50 50 50 100 50 50
二乙二醇单丁醚 - 70 - - - - - - -
三乙二醇单甲醚 100 - - - - - - - -
2，6-二叔丁基对甲酚 0.10 0.10 - - - - - - -
2，4-戊二酮 - - 0.10 - - - - - -
邻氨基苯甲酰胺 - - - 0.68 - - - - -
琥珀酸酰亚胺 - - - - 0.40 - - - -
苯并咪唑 - - - - - - 0.20 - -
三乙醇胺 - - - - - - - - 0.15
对于示于上述表1中的实施例1至实施例6、以及对照例1至对照例3的各样品，进行了导电率、冻结温度与金属腐蚀试验。其结果示于表2。另外，金属腐蚀试验，根据JIS K 2234 7.8的规定进行，供给该试验用的金属，考虑到铝类材料的防锈性及长期使用性，只浸渍铸铝品(AC-2A)，加热到88℃，其中吹入空气，进行1000小时。
表2
项目   实施例1   实施例2   实施例3   实施例4     实施例5   实施例6   对照例1   对照例2   对照例3
导电率(μS/cm) 4.6 0.03 1.5 1.8 2.2 1.5 0.93 1.2 4.4
金属腐蚀试验   铸铝品质量变化mg/cm2 0.02 -0.02 -0.01 0.01 0.02 0.02 -0.18 -0.15 -0.54
  腐蚀试验后的导电率μS/cm 7.8 1.0 9.6 8.2 9.1 8.9 25.5 37.8 78.5
冻结温度(℃)   -13   -44   -35   -35     -35   -35   0   -35   -35
由表2看出，实施例1至实施例6以及对照例1至对照例3的组合物，尽管任一个都显示出初期导电率小于等于5μS/cm的低导电率，但1000小时的金属腐蚀试验后的导电率，对照例1至对照例3的组合物任一个导电率都上升，对照例1变为25.5、对照例2变为37.8、到对照例3导电率大幅度地上升到78.5。与此相反，实施例1至实施例6的组合物，确认停留在1.0至9.6的范围内维持着低导电率。另外，关于铸铝品的质量变化(mg/cm2)，对照例1至对照例3显示出-0.18、-0.15、-0.54的大的质量变化，与此相反，实施例1至6，在-0.02至0.02的小范围，确认与对照例相比，对铝的防腐蚀性优异。另外，关于冻结温度，实施例1至实施例6的任一个在都在冰点以下。
发明的效果
本发明的组合物，含有基剂和将所述冷却液组合物的导电率维持在低导电率的防锈添加剂，由于所述防锈添加剂是抑制基剂的氧化或者封锁冷却***内溶解出来的离子、防止所述冷却液组合物的导电率上升的物质，因此，在长期将该冷却液组合物维持到低导电率的同时，不冻性、防锈性优异。

Claims (14)

1.一种燃料电池用冷却液组合物，是冷却燃料电池的冷却液组合物，其特征是，含有基剂、和将所述冷却液组合物的导电率维持在低导电率的防锈添加剂，所述防锈添加剂是抑制基剂的氧化或封锁冷却***内溶解出的离子、防止所述冷却液组合物的导电率上升的物质。
2.如权利要求1所述的燃料电池用冷却液组合物，其特征是，所述基剂是从水、二醇类、醇类及二醇醚类中选择的1种或大于等于2种物质组成的物质组。
3.如权利要求2所述的燃料电池用冷却液组合物，其特征是，所述二醇类是从乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、丙二醇、1，3-丙二醇、1，3-丁二醇、1，5-戊二醇、己二醇中选择的1种或大于等于2种物质组成的物质组。
4.如权利要求2所述的燃料电池用冷却液组合物，其特征是，所述醇类是从甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、庚醇、辛醇中选择的1种或大于等于2种物质组成的物质组。
5.如权利要求1所述的燃料电池用冷却液组合物，其特征是，所述二醇醚类是从乙二醇单甲醚、二乙二醇单甲醚、三乙二醇单甲醚、四乙二醇单甲醚、乙二醇单***、二乙二醇单***、三乙二醇单***、四乙二醇单***、乙二醇单丁醚、二乙二醇单丁醚、三乙二醇单丁醚、四乙二醇单丁醚中选择的1种或大于等于2种物质组成的物质组。
6.如权利要求1所述的燃料电池用冷却液组合物，其特征是，所述防锈添加剂将组合物的导电率维持在小于等于10μS/cm。
7.如权利要求1所述的燃料电池用冷却液组合物，其特征是，所述防锈添加剂将由长期使用引起的组合物导电率的变动维持在0至10μS/cm的范围内。
8.如权利要求1、6和7中任一项所述的燃料电池用冷却液组合物，其特征是，抑制所述基剂的氧化、防止导电率上升的物质是酚化合物。
9.如权利要求8所述的燃料电池用冷却液组合物，其特征是，所述酚化合物是从苯酚磺酸、氯酚、硝基苯酚、溴酚、氨基苯酚、二羟基苯、8-羟基喹啉、羟基苯乙酮、甲氧基苯酚、2，6-二叔丁基对甲酚、叔丁基-4-甲氧基苯酚、2，6-二叔丁基-4-乙基苯酚、4，4-亚丁基-双(3-甲基-6-叔丁基苯酚)、2，2-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、2，2-双(对羟基苯基)丙烷中选择的1种或大于等于2种物质组成的物质组。
10.如权利要求1、6和7中任一项所述的燃料电池用冷却液组合物，其特征是，所述封锁离子、防止导电率上升的物质是烃羰基化合物、酰胺化合物、酰亚胺化合物与二唑化合物中的任意一个。
11.如权利要求10所述的燃料电池用冷却液组合物，其特征是，所述烃羰基化合物是从2，4-戊二酮、3-甲基-2，4-戊二酮、3-乙基-2，4-戊二酮、3-丙基-2，4-戊二酮、3-正丁基-2，4-戊二酮、2，3-庚二酮、2，5-己二酮、邻苯二甲醛、苯甲醛、二羟基苯甲醛、戊酮、2-乙酰环戊酮、环己酮、环己二酮、2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酮中选择的1种或大于等于2种物质组成的物质组。
12.如权利要求10所述的燃料电池用冷却液组合物，其特征是，所述酰胺化合物是从苯甲酰胺、甲基苯甲酰胺、烟酸酰胺、吡啶羧酸酰胺、邻氨基苯甲酰胺、琥珀酸酰胺、草酸二酰胺、乙酰胺、2-吡咯烷酮、己内酰胺中选择的1种或大于等于2种物质组成的物质组。
13.如权利要求10所述的燃料电池用冷却液组合物，其特征是，所述酰亚胺化合物是从琥珀酸亚胺、苯二甲酸酰亚胺、马来酸酰亚胺、戊二酸酰亚胺、1，8-萘二甲酰亚胺、四氧嘧啶、红紫酸中选择的1种或大于等于2种物质组成的物质组。
14.如权利要求10所述的燃料电池用冷却液组合物，其特征是，所述二唑化合物是从咪唑啉间二氮杂环戊烯、1，3-二唑、硫氢基咪唑啉间二氮杂环戊烯、硫氢基咪唑、苯并咪唑、硫氢基苯并咪唑、甲基咪唑、二甲基咪唑、咪唑-4，5-二羧酸、1，2-二唑、甲基吡唑中选择的1种或大于等于2种物质组成的物质组。
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