一种具有自维护堵漏功能的燃料电池冷却液及制备方法与流程

本发明属于燃料电池冷却液领域，尤其涉及一种具有自维护堵漏功能的燃料电池冷却液及制备方法。

背景技术：

1、为了保持低温pem燃料电池的安全和高效运行，其运行温度必须维持在60-90℃之间。而燃料电池电堆的温控是由控制器、温度感应器和电堆冷却模块实现的。为了维系电堆在这个狭窄的温度区间内，在电堆运行中不断产生的热量必须被运送、散发到电堆之外的散热器或外部加热器。

2、作为热载体，液态冷却剂的组成尤为重要。首先，冷却剂必须在运行温度区间和储存温度区间保持稳定，不会出现结冰、汽化或分解。其次，必须具有基本的防腐蚀性能，包括对于常用的散热器、管路、水泵或阀体的润湿部位所用的材料的腐蚀性能。最后，冷却液必须包含吸附和中和运行过程中润湿部件所释放出来的金属离子、非金属离子和有机分子，并且确保在预定的保修周期内的导电率低于2μs/cm，以避免燃料电池系统绝缘失效。

3、石墨基极板是由石墨颗粒和其他附加剂通过静压或模压过程而成型的。但由于组成的石墨颗粒之间的孔隙在极板生产过程中不可能被浸渍胶水完全堵死，石墨基极板对于氢气和冷却剂的某些成分不具有完全的隔绝作用。因此在燃料电池反应过程中有氢气从阳极到冷却渗漏，同时又有冷却剂成分从冷却腔体到反应区的微漏。微漏虽然不能立即被检测出来，但冷却剂对膜电极的毒化作用将在几百到几千小时的运行时间内体现出来，并出现单电池电压的衰减。

4、因此，现亟需一种适用于石墨基极板的燃料电池冷却液，该冷却液能够抑制通过极板微孔的氢气和冷却剂渗漏，解决因冷却液渗漏导致的单电池单低问题。

技术实现思路

1、发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种能够抑制通过极板微孔的氢气和冷却剂渗漏的适用于石墨基极板的燃料电池冷却液及其制备方法。

2、技术方案：本发明具有自维护堵漏功能的燃料电池冷却液，按重量百分比包括：醇类化合物10-90％、腐蚀抑制剂0.01-5％、纳米离子吸附剂0.01-4％、改性层状硅酸盐粉末0.1-4％及余量水。

3、本发明通过在由醇类化合物、腐蚀抑制剂、纳米离子吸附剂及水构成的燃料电池冷却液的基础上引入改性层状硅酸盐粉末，以复配形成一种新型的燃料电池冷却液，该冷却液应用于石墨基极板，当有微孔的碳基极板两侧出现冷却液压力高于反应面压力时，冷却液中的纳米片状的硅酸盐粉末会自动进入微孔中阻止或限制泄漏的发生。

4、进一步说，本发明冷却液中的改性层状硅酸盐粉末至少可包括改性层状高岭石、改性蛇纹石、改性绿泥石、改性蛭石、改性滑石、改性蒙皂石、改性云母或改性蒙脱石中的一种。

5、进一步说，本发明冷却液中的改性层状硅酸盐粉末由如下步骤制得：将层状硅酸盐颗粒碾磨至粒度小于100nm的粉末，于300-450℃条件下进行脱水处理3-12h，制得改性层状硅酸盐粉末。

6、本发明通过对层状硅酸盐粉末进行脱水改性，能够更优于其形成一面为硅酸盐，另一面为其他盐的层状结构，进而优于自动进入微孔中阻止或限制泄漏的发生。

7、进一步说，本发明冷却液制备步骤中的碾磨时间可为0.5-2h。

8、进一步说，本发明冷却液中的醇类化合物可为乙二醇、丙二醇或丙三醇。

9、进一步说，本发明冷却液中的腐蚀抑制剂可包括唑类、芳香族羟基或胺类化合物。优选的，唑类可包括苯并三氮唑或甲基苯并三氮唑，芳香族羟基化合物可包括苯酚、对甲基苯酚或对苯二酚，胺类化合物可包括1,2-苯二胺、甲胺或二甲胺。

10、进一步说，本发明冷却液中的纳米离子吸附剂为小于10μm的固态离子交换树脂，含有磺酸、丙烯酸或羧酸基团。

11、本发明制备权利要求1所述具有自维护堵漏功能的燃料电池冷却液的方法，其特征在于包括如下步骤：

12、(1)将改性层状硅酸盐粉末配制成浓度为5-30％的胶体母液；

13、(2)配制醇-水溶液，并逐步加入腐蚀抑制剂、纳米离子吸附剂及胶体母液后，混合均匀即可。

14、有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点为：该燃料电池冷却液通过在由醇类化合物、腐蚀抑制剂、纳米离子吸附剂及水构成的燃料电池冷却液的基础上引入改性层状硅酸盐粉末，以复配形成一种新型的燃料电池冷却液，该冷却液应用于石墨基极板，当有微孔的碳基极板两侧出现冷却液压力高于反应面压力时，纳米片状的硅酸盐粉末会自动进入微孔中阻止或限制泄漏的发生，进而消除了燃料电池膜电极因冷却液泄漏而造成的失效可能性，燃料电池电堆的维护周期和电堆寿命得到成倍的延长，降低了燃料电池使用成本，便于燃料电池技术的广泛应用。

技术特征：

1.一种具有自维护堵漏功能的燃料电池冷却液，其特征在于按重量百分比包括：醇类化合物10-90％、腐蚀抑制剂0.01-5％、纳米离子吸附剂0.01-4％、堵漏剂改性层状硅酸盐粉末0.1-4％及余量水。

2.根据权利要求1所述的燃料电池冷却液，其特征在于：所述改性层状硅酸盐粉末至少包括改性层状高岭石、改性蛇纹石、改性绿泥石、改性蛭石、改性滑石、改性蒙皂石、改性云母或改性蒙脱石中的一种。

3.根据权利要求1所述的燃料电池冷却液，其特征在于：所述改性层状硅酸盐粉末由如下步骤制得：将层状硅酸盐颗粒碾磨至粒度小于100nm的粉末，于300-450℃条件下进行脱水处理3-12h，制得改性层状硅酸盐粉末。

4.根据权利要求3所述的燃料电池冷却液，其特征在于：所述碾磨时间为0.5-2h。

5.根据权利要求1所述具有自维护堵漏功能的燃料电池冷却液，其特征在于：所述醇类化合物为乙二醇、丙二醇或丙三醇。

6.根据权利要求1所述具有自维护堵漏功能的燃料电池冷却液，其特征在于：所述腐蚀抑制剂包括唑类、芳香族羟基或胺类化合物。

7.根据权利要求6所述具有自维护堵漏功能的燃料电池冷却液，其特征在于：所述唑类包括苯并三氮唑或甲基苯并三氮唑，芳香族羟基化合物包括苯

8.根据权利要求1所述具有自维护堵漏功能的燃料电池冷却液，其特征在于：所述纳米离子吸附剂为小于10μm的固态离子交换树脂，含有磺酸、丙烯酸或羧酸基团。

9.一种制备权利要求1所述具有自维护堵漏功能的燃料电池冷却液的方法，其特征在于包括如下步骤：

技术总结
本发明公开了一种具有自维护堵漏功能的燃料电池冷却液及制备方法，包括醇类化合物、腐蚀抑制剂、纳米离子吸附剂、改性层状硅酸盐粉末及水；制备时先将改性层状硅酸盐粉末配制成胶体母液，再配制醇‑水溶液，并逐步加入腐蚀抑制剂、纳米离子吸附剂及胶体母液后，混合均匀即可。本发明的燃料电池冷却液应用于石墨基极板，当有微孔的碳基极板两侧出现冷却液压力高于反应面压力时，纳米片状的硅酸盐粉末会自动进入微孔中阻止或限制泄漏的发生，进而消除了燃料电池膜电极因冷却液泄漏而造成的失效可能性，燃料电池电堆的维护周期和电堆寿命得到成倍的延长，降低了燃料电池使用成本，便于燃料电池技术的广泛应用。

技术研发人员：陈真,陈婷
受保护的技术使用者：江苏耀扬新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14