[发明专利]一种燃料电池冷却液及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及精细化工领域，具体涉及燃料电池冷却液及其制备方法和应用。该燃料电池冷却液包括N,N,N‑三甲基甘氨酸和水组成，电导率为0μS/cm~5μS/cm；该燃料电池冷却液包括N,N,N‑三甲基甘氨酸、水、非离子缓蚀剂组成，电导率为0μS/cm~5μS/cm。所述非离子缓蚀剂选自脂类化合物、唑类化合物、酰胺类化合物一种或多种，上述非离子缓蚀剂占所述燃料电池冷却液总质量的≯2%。本发明的氢燃料电池冷却液具有优异的防冻性能、低电导率及金属离子抑制性，与质子膜兼容性，应用于氢燃料电池发动机。

技术领域

本发明涉及精细化工技术领域，尤其涉及一种氢燃料电池的冷却液和制备方法及其应用，特别地涉及一种具有防冻、低电导率、与质子交换膜的磺酸基团兼容性优异的燃料电池冷却液。

背景技术

氢燃料电池是将氢气和氧气通过电化学反应直接转化为电能的装置。其具有转化效率高和产物仅为电、热和水等特点。氢燃料电池发热量大，须通过冷却介质进行冷却，以便确保氢燃料电池的使用性能和使用寿命。冷却介质通入双极板带走氢燃料电池产生的热量，因为冷却介质与双极板直接接触，所以冷却液保持低电导率，以便防止燃料电池中产生的电力损失。通常情况下，氢燃料电池发动机温控系统的冷却介质要求具有优异的绝缘性，其电导率小于5μS/cm。

为了保持冷却介质的低电导率，以往经常使用高纯水，但是高纯水没有防冻功能，在气温低于0℃、燃料电池汽车停驶状态下会冻结，从而可能导致燃料电池发动机的冻裂。

为了解决燃料电池用冷却介质的防冻、低电导率的要求，各厂商及科研机构采用不同的技术方案解决燃料电池用冷却液的防冻及低电导率问题，并申请了相应的专利。

中国专利CN109148915公开了一种燃料电池冷却液，其主要成分为乙二醇、三乙醇胺、烷基二乙醇酰胺、磷酸三酯、三唑类化合物、消泡剂和去离子水，具有防冻、防腐的功能。该发明采用三乙醇胺本身会造成电导率的增加。选用的防冻剂为乙二醇，解决燃料电池冷却液防冻的问题。

美国专利US8187763公开了燃料电池单元的冷却剂组合物，其包含至少一种在每个具有2至20个碳原子的分子中具有不饱和键的脂肪醇，解决冷却剂中乙二醇的氧化问题，从而保证冷却剂组合物保持冷却剂的电导率在10uS/cm或更低。该冷却液没有防腐的作用，不能抑制金属部件离子的析出。防冻剂选择的是乙二醇，解决了乙二醇氧化的问题。

美国专利20040086757公开燃料电池和燃料电池冷却剂组合物，由去离子水、凝固点抑制剂、聚合物离子抑制剂和有机腐蚀抑制剂等构成，确保冷却液的低电导率的特性，其选用的防冻剂为甘油、乙二醇、丙二醇、1，3-丁二醇、乙二醇醚、双丙酮醇和乙醇。

上述专利均采用乙二醇、丙二醇、丙三醇、乙醇等的一种或多种作为防冻剂，解决了燃料电池冷却液的防冻问题，但是燃料电池堆遇到了更为亟待解决的难题：一旦冷却液渗漏到燃料电池核心部件-质子膜将直接影响到电堆的安全和使用性能，造成质子膜中毒。其基本原理是全氟磺酸质子交换膜中较高电负性的氟原子拉动了磺酸根的电子云，导致了全氟磺酸质子交换膜支链上的磺酸根在水中的解离能力大大增强，从而促进了该结构对氢离子的传导能力。而燃料电池中的乙二醇等防冻剂会与质子膜上的磺酸根反应导致质子膜磺酸根失去传导氢离子的能力。

综上所述，氢燃料电池对冷却液提出更为苛刻的要求，尤其是对质子膜磺酸基团的毒害影响，有必要提出氢燃料电池冷却液新方案，解决氢燃料电池热管理系统对冷却液防冻、防腐、离子抑制及对质子膜兼容性的问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种具有优异防冻性能、低电导率、金属离子抑制性能、与质子膜兼容性优异的氢燃料电池冷却液和制备方法及其应用。

为了实现该目的，本发明的技术方案如下：

1）一种燃料电池冷却液，其特征在于，包括N,N,N-三甲基甘氨酸和水组成，电导率为0μS/cm～5μS/cm；