JP4785527B2

JP4785527B2 - 燃料電池用冷却液組成物

Info

Publication number: JP4785527B2
Application number: JP2005503876A
Authority: JP
Inventors: 津弓高柴; 士郎矢川; 浩司江川; 伸行加賀
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Shishiai KK
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Shishiai KK
Priority date: 2003-07-11
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2023-12-24
Also published as: JPWO2005006475A1

Description

【技術分野】
【０００１】
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】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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った。
【０００７】
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。
【０００８】
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２００１−１６４２４４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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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】
【００１２】
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、基剤中に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種以上からなるものが好ましい。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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１０μＳ／ｃｍ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、０〜１０μＳ／ｃｍの範囲内に維持することができる。
【００１７】
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。
【００１８】
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３〜２０のものが好ましく、具体的にはアリルアルコール、２−ブテン−１−オール、３−ブテン−１−オール、１−ブテン−３−オール、２−メチル−２−プロペン−１−オール、４−ペンテン−１−オール、１−ペンテン−３−オール、２−ペンテン−１−オール、２−メチル−３−ブテン−２−オール、３−メチル−２−ブテン−１−オール、３−メチル−３−ブテン−１−オール、２−ヘキセン−１−オール、３−ヘキセン−１−オール、４−ヘキセン−１−オール、５−ヘキセン−１−オール、１−ヘキセン−３−オール、６−ヘプテン−１−オール、２−ヘプテン−１−オール、４−ヘプテン−１−オール、７−オクテン−１−オール、２−オクテン−１−オール、３−オクテン−１−オール、５−オクテン−１−オール、３−オクテン−２−オール、１−オクテン−３−オール、２−ノネン−１−オール、３−ノネン−１−オール、６−ノネン−１−オール、８−ノネン−１−オール、１−ノネン−３−オール、２−デセン−１−オール、４−デセン−１−オール、９−デセン−１−オール、３，７−ジメチル−６−オクテン−３−オール、２−ウンデセン−１−オール、１０−ウンデセン−１−オール、２−ドデセン−１−オール、２−プロピン−１−オール、２−ブチン−１−オール、１−ブチン−３−オール、３−ブチン−１−オール、１−ペンチン−３−オール、２−ペンチン−１−オール、３−ペンチン−１−オール、４−ペンチン−１−オール、４−ペンチン−２−オール、３−メチル−１−ブチン−３−オール、１−ヘキシン−３−オール、３−ヘキシン−１−オール、５−ヘキシン−３−オール、２−ヘキシン−１−オール、５−ヘキシン−１−オール、３−メチル−１−ペンチン−３−オール、２−シクロヘキセン−１−オール、２，４−ヘキサジエン−１−オール、１−ヘプチン−３−オール、２−ヘプチン−１−オール、３−ヘプチン−１−オール、４−ヘプチン−２−オール、５−ヘプチン−３−オール、５−メチル−１−ヘキシン−３−オール、３，４−ジメチル−１−ペンチン−３−オール、３−エチル−１−ペンチン−３−オール、３，５−ジメチル−１−ヘキシン−３−オール、３−オクチン−１−オール、１−オクチン−３−オール、２，７−オクタジエノール、３，６−ジメチル−１−ヘプチン−３−オール、３−エチル−１−ヘプチン−３−オール、３−ノニン−１−オール、２，６−ノナジエン−１−オール、３，６−ノナジエン−１−オール、１−シクロヘキシル−２−ブテン−１−オール、２−デシン−１−オール、３−デシン−１−オール、２，４−デカジエン−１−オール、４−エチル−１−オクチン−３−オール、３，７−ジメチル−２，６−オクタジエン−１−オール、１０−ウンデシン−１−オール、２，４−ウンデカジエン−１−オール、２，４−ドデカジエン−１−オール、３−メチル−１−ペンテン−４−イン−３−オール、１−エチニル−１−シクロヘキサノール、２−ブテン−１，４−ジオール、２−ブチン−１，４−ジオール、３−ブテン−１，２−ジオール、２−メチレン−１，３−プロパンジオール、７−オクテン−１，２−ジオール、２，５−ジメチル−３−ヘキシン−２，５−ジオール、３，６−ジメチル−４−オクチン−３，６−ジオール、３−ペンテン−２−オール、４−ペンテン−２−オール、２−メチル−３−ブテン−１−オール、５−ヘキセン−２−オール、３−メチル−１−ペンテン−３−オール、４−メチル−３−ペンテン−１−オール、４−メチル−２−シクロヘキセン−１−オール、５−デセン−１−オール、３，７−ジメチル−６−オクテン−３−オール、１，４−ペンタジエン−３−オール、１，５−ヘキサジエン−３−オール、１，６−ヘプタジエン−４−オール、２−メチル−３−ヘキシン−２−オール、１−エチニル−１−シクロペンタノール、１０−ウンデシン−１−オール、１，５−ヘキサジエン−３，４−ジオール、３，５−シクロヘキサジエン−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。
【００１９】
脂肪族アルコール類の含有量としては、基剤１００重量部に対し、０．０１〜１５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。
【００２０】
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】
【００２１】
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−１−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−ペンテン−１−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ールと脂肪族不飽和アルコールである２，５−ジメチル−３−ヘキシン−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イ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−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−ペンタ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。
【００２２】
【表１】

【００２３】
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、１００℃で１６８時間の条件で実施した。
【００２４】
【表２】

【００２５】
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０．３μＳ／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４２．６、比較例２が４３．９、比較例３が３９．６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０〜９．５μＳ／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】
【００２６】
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

燃料電池を冷却する冷却液組成物であって、
水、グリコール類、飽和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種以上からなる基剤と、
分子内に不飽和結合を有する脂肪族アルコール類と、
を含有することを特徴とする燃料電池用冷却液組成物。
脂肪族アルコール類の１分子当たりの炭素原子数が３〜２０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。
脂肪族アルコール類が、アリルアルコール、２−ブテン−１−オール、３−ブテン−１−オール、１−ブテン−３−オール、２−メチル−２−プロペン−１−オール、４−ペンテン−１−オール、１−ペンテン−３−オール、２−ペンテン−１−オール、２−メチル−３−ブテン−２−オール、３−メチル−２−ブテン−１−オール、３−メチル−３−ブテン−１−オール、２−ヘキセン−１−オール、３−ヘキセン−１−オール、４−ヘキセン−１−オール、５−ヘキセン−１−オール、１−ヘキセン−３−オール、６−ヘプテン−１−オール、２−ヘプテン−１−オール、４−ヘプテン−１−オール、７−オクテン−１−オール、２−オクテン−１−オール、３−オクテン−１−オール、５−オクテン−１−オール、３−オクテン−２−オール、１−オクテン−３−オール、２−ノネン−１−オール、３−ノネン−１−オール、６−ノネン−１−オール、８−ノネン−１−オール、１−ノネン−３−オール、２−デセン−１−オール、４−デセン−１−オール、９−デセン−１−オール、３，７−ジメチル−６−オクテン−３−オール、２−ウンデセン−１−オール、１０−ウンデセン−１−オール、２−ドデセン−１−オール、２−プロピン−１−オール、２−ブチン−１−オール、１−ブチン−３−オール、３−ブチン−１−オール、１−ペンチン−３−オール、２−ペンチン−１−オール、３−ペンチン−１−オール、４−ペンチン−１−オール、４−ペンチン−２−オール、３−メチル−１−ブチン−３−オール、１−ヘキシン−３−オール、３−ヘキシン−１−オール、５−ヘキシン−３−オール、２−ヘキシン−１−オール、５−ヘキシン−１−オール、３−メチル−１−ペンチン−３−オール、２−シクロヘキセン−１−オール、２，４−ヘキサジエン−１−オール、１−ヘプチン−３−オール、２−ヘプチン−１−オール、３−ヘプチン−１−オール、４−ヘプチン−２−オール、５−ヘプチン−３−オール、５−メチル−１−ヘキシン−３−オール、３，４−ジメチル−１−ペンチン−３−オール、３−エチル−１−ペンチン−３−オール、３，５−ジメチル−１−ヘキシン−３−オール、３−オクチン−１−オール、１−オクチン−３−オール、２，７−オクタジエノール、３，６−ジメチル−１−ヘプチン−３−オール、３−エチル−１−ヘプチン−３−オール、３−ノニン−１−オール、２，６−ノナジエン−１−オール、３，６−ノナジエン−１−オール、１−シクロヘキシル−２−ブテン−１−オール、２−デシン−１−オール、３−デシン−１−オール、２，４−デカジエン−１−オール、４−エチル−１−オクチン−３−オール、３，７−ジメチル−２，６−オクタジエン−１−オール、１０−ウンデシン−１−オール、２，４−ウンデカジエン−１−オール、２，４−ドデカジエン−１−オール、３−メチル−１−ペンテン−４−イン−３−オール、１−エチニル−１−シクロヘキサノール、２−ブテン−１，４−ジオール、２−ブチン−１，４−ジオール、３−ブテン−１，２−ジオール、２−メチレン−１，３−プロパンジオール、７−オクテン−１，２−ジオール、２，５−ジメチル−３−ヘキシン−２，５−ジオール、３，６−ジメチル−４−オクチン−３，６−ジオール、３−ペンテン−２−オール、４−ペンテン−２−オール、２−メチル−３−ブテン−１−オール、５−ヘキセン−２−オール、３−メチル−１−ペンテン−３−オール、４−メチル−３−ペンテン−１−オール、４−メチル−２−ジクロヘキセン−１−オール、５−デセン−１−オール、３，７−ジメチル−６−オクテン−３−オール、１，４−ペンタジエン−３−オール、１，５−ヘキサジエン−３−オール、１，６−ヘプタジエン−４−オール、２−メチル−３−ヘキシン−２−オール、１−エチニル−１−シクロペンタノール、１０−ウンデシン−１−オール、１，５−ヘキサジエン−３，４−ジオール、３，５−シクロヘキサジエン−１，２−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。
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。
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１０μＳ／ｃｍ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。
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、０〜１０μＳ／ｃｍの範囲内に維持することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池用冷却液組成物。