[发明专利]一种燃料电池冷却液及其制备方法

说明书

本发明公开了一种燃料电池冷却液及其制备方法，按质量百分比计量乙二醇有机液2～97%，去离子水占2～97%，导热粉体0.1～13%，表面活性剂0.1～5%，消泡剂0.2～1%，将上述原料通过高频超声振荡和机械搅拌处理，导热粉体颗粒周边将被表面活性剂致密地包覆，形成稳定悬浮状混合液体；再通过阴阳离子交换树脂处理去除液体中的导电离子，得到可用于燃料电池的冷却液。该方法制备的燃料电池冷却液具有良好的导热性和优异的绝缘性，能够满足燃料电池冷却液的使用要求，且制备工艺简单、参数易控、成本低，适于批量生产和商业推广。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种用于提高燃料电池传热效率的新型冷却液及其制备方法。

背景技术

燃料电池发电原理是将氢气和氧气的化学能经电化学反应方式产生电能，氢气在阳极解离为氢离子，通过质子交换膜后，在阴极与氧气反应生成水，电子从阳极通过外电路到达阴极，在外电路上形成电流回路。这种发电方式具有清洁、无污染、无噪声、无红外等特点，被认为是21世纪首选的高效、洁净的发电技术，同时也是一种理想的移动电源技术，可被广泛应用于汽车交通、军事备用电源、水下航潜器等诸多领域。

燃料电池在产生电能的同时，将有40-60%化学能转变为热能，其中很少一部分是通过燃料电池表面以自然对流的方式传导到外界，而其余大部分热量是通过燃料电池冷却液带出。

现有的燃料电池冷却液主要有两大类型：一类是去离子纯净水，仅能作为冰点以上的环境条件，多应用于燃料电池实验室内部测试，很难作为燃料电池冷却液商业应用；另一类是以乙二醇和去离子水混合而成的防冻防腐冷却液，适应于各种低温条件的应用，如中国专利“燃料电池堆用冷却液组合物”（申请号200410039637.8）、“一种燃料电池冷却液及其应用”（申请号201710508702.4），都是通过混合醇类有机液与去离子水达到防冻冷却要求；“包含氢醌或喹啉的燃料电池冷却液组合物”（申请号为201280045990 .X）则是通过在甘醇型冷却液中加入氢醌或喹啉来防止甘醇氧化，抑制离子性物质生成，保持低电导率；还有“燃料电池用冷却液组合物”（申请号为200480042530.7）是通过加入糖醇类物质抑制基剂的氧化，以抑制一元醇类、二元醇类及二元醇醚类基剂氧化引起的导电率升高，使其维持低电导率。此类冷却液可适应于零下低温到高温全范围条件，是目前商业应用最为广泛的一类，但其换热性能明显低于第一类去离子水。

因此，使用传统燃料电池冷却液，想要提高换热效果，主要通过增加传热面积和提高工质流速，这将导致燃料电池冷却系统体积较大，泵送辅机功耗增多，极大影响了燃料电池的整体性能。另一方面，质子交换膜燃料电池(PEMFC)的最大工作温度范围为60-80℃，更高的工作温度将加剧膜的降解和催化剂的团聚，影响燃料电池性能寿命，因此不可能通过增加燃料电池堆与环境之间的温差来提高换热速率。

综合分析当前传统燃料电池冷却液，存在导热系数低、换热能力差等特点，已经不能满足高功率密度燃料电池高负荷的散热要求，这种矛盾对于运行在高温环境条件下的燃料电池系统更为突出，有必要开发新型、高效换热的冷却液。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种新型燃料电池冷却液及其制备方法，通过该实施方法可以实现良好的导热性和优异的绝缘性，提高燃料电池换热系数，降低系统循环泵损耗和空间体积，能够满足燃料电池冷却使用要求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种燃料电池冷却液，各组分的质量百分比为乙二醇有机液2～97%，去离子水2～97%，导热粉体0.1～13%，表面活性剂0.1～5%，消泡剂0.2～1%。

一种燃料电池冷却液的制备方法，包括如下步骤：

S1，将导热粉体在保护气体环境下通过高温煅烧，冷却后倒入超细纳米珠磨机中强制研磨；

S2，通过称重，将导热粉体与乙二醇液体按质量比1：12～1：8混合均匀，在频率20MHz下超声振荡持续16h以上，最终形成稳定混合悬浮液；