一种高性能储能冷却液及其制备方法与流程

本发明属于冷却液，具体涉及一种高性能储能冷却液及其制备方法。

背景技术：

1、随着电化学储能技术的快速发展，储能系统的能量密度和功率密度持续提升，其热管理需求日益突出。储能冷却液作为液冷系统的核心工作介质，需要同时满足低电导率、长效防腐、非金属材料相容和高效消泡等多重性能要求。

2、现有储能冷却液技术主要存在以下问题：1）防腐与低电导率难以兼顾。现有储能冷却液缓蚀剂多为离子型无机盐、直链羧酸、苯并三氮唑等组分，短期防腐效果尚可，但长期储能充放电循环高温工况下，缓蚀剂电离析出大量金属或非金属离子，体系电导率持续飙升，储能高压间接冷却系统存在绝缘失效和漏电风险；同时，现有体系无法同时长效防护储能水冷系统中304不锈钢、紫铜、黄铜、6061/5052铝合金等多种金属，铝合金易出现点蚀，铜合金易氧化发黑，不锈钢易发生缝隙腐蚀。2）非金属材料相容性差。储能液冷系统中大量使用三元乙丙橡胶、丁腈橡胶、硅橡胶等密封材料以及尼龙、pvc、聚乙烯、聚四氟乙烯、石墨、陶瓷等结构材料，而传统冷却液中乙二醇、多元酯、peg类助剂长期高温浸泡会造成上述材料溶胀、开裂老化、脆化或表面析出，导致管路密封渗漏和绝缘垫片失效。3）储能充放电工况下消泡能力不足。储能系统持续充放电会持续析出微量气体，普通聚醚或有机硅消泡剂耐温性和耐循环性差，泡沫堆积会阻隔换热通道，导致电池包热失控风险提升；此外，常规消泡剂与缓蚀助剂存在拮抗作用，添加后会大幅削弱防腐效果。

3、因此，开发一种能够同时满足储能系统低电导率、多金属防腐、广谱非金属相容和长效消泡要求的专用冷却液，具有重要的技术价值和市场意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种高性能储能冷却液及其制备方法。本发明通过低电离基液复配、三元非离子复合缓蚀剂、环糊精多功能载体及接枝改性消泡剂的协同作用，使冷却液初始电导率低且长期稳定，同时具备多金属长效防腐、广谱非金属材料相容和储能工况高效消泡性能，适用于液流储能、锂电池储能及光伏配套储能系统的间接冷却。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种高性能储能冷却液，以重量份计，由以下组分组成：1,3-丙二醇25～35份、二丙二醇甲醚10～18份、氨丙基三乙氧基硅烷1.4～2.0份、茶皂素0.7～1.3份、异壬酸0.4～0.6份、2-乙基己酸0.4～0.6份、羟丙基β-环糊精接枝聚丙醚1.2～1.8份、环糊精接枝聚醚改性有机硅消泡剂0.12～0.22份、4,4'- 硫代双 (6-叔丁基间甲酚) 0.15～0.25份、n-甲基二乙醇胺0.4～0.7份、葡萄糖酸钾0.6～1.0份，余量为超纯水。

4、优选地，所述1,3-丙二醇与二丙二醇甲醚的质量比为2.4～3.2:1。

5、优选地，所述氨丙基三乙氧基硅烷与茶皂素的质量比为1.3～1.8:1。

6、优选地，所述异壬酸与2-乙基己酸的质量比为1.0～1.4:1。

7、本发明采用1,3-丙二醇与二丙二醇甲醚复配作为基液，1,3-丙二醇氧化稳定性优，在高温下不易生成有机酸；二丙二醇甲醚可抑制添加剂组分的电离倾向。氨丙基三乙氧基硅烷分子中的硅羟基（si-oh）与金属表面的羟基（m-oh）发生缩合反应，形成牢固的si-o-m共价键，在铝合金表面优先形成致密的硅烷防护膜；茶皂素作为一种天然非离子生物碱，其疏水性三萜骨架可吸附于铜、不锈钢表面，亲水性糖基朝向溶液，形成阻隔层，抑制金属离子溶出；异壬酸和2-乙基己酸均为支链异构羧酸，空间位阻效应显著，不易结晶析出，其羧基可与金属表面形成配位吸附，填补硅烷和茶皂素吸附的空隙，形成多层致密保护膜。氨丙基三乙氧基硅烷、茶皂素与支链异构羧酸（异壬酸和2-乙基己酸）构成三元非离子复合缓蚀剂。

8、优选地，所述羟丙基β-环糊精接枝聚丙醚的制备方法为：将羟丙基β-环糊精与聚丙二醇单甲醚按质量比2:1混合，以无水乙醇为溶剂，在氮气保护下于50～60℃催化接枝反应4～6h，脱除溶剂后得到。

9、优选地，所述环糊精接枝聚醚改性有机硅消泡剂的制备方法为：将羟丙基β-环糊精与聚醚改性硅氧烷按质量比1.5～2.5:1混合，于55～65℃搅拌反应3～5h，得到环糊精接枝聚醚改性有机硅消泡剂。

10、本发明还提供一种高性能储能冷却液的制备方法，包括以下步骤：

11、s1.将羟丙基β-环糊精接枝聚丙醚与异壬酸、2-乙基己酸混合，搅拌15～30min，得预包合稳定液；

12、s2.向反应釜中加入1,3-丙二醇和二丙二醇甲醚，搅拌混合，升温至35～45℃，再依次加入氨丙基三乙氧基硅烷和茶皂素，搅拌20～40min，得混合液体；

13、s3.向所得混合液体中加入4,4'-硫代双(6-叔丁基间甲酚)和葡萄糖酸钾，搅拌至溶解；再加入s1所得预包合稳定液，搅拌混合，得混合物；

14、s4.向所得混合物中加入超纯水，并添加n-甲基二乙醇胺，调节ph至8.2～8.8；降温至30～40℃，加入环糊精接枝聚醚改性有机硅消泡剂，搅拌，过滤出料，即得。

15、本发明还提供了上述高性能储能冷却液在新能源储能系统间接冷却中的应用，所述储能系统包括液流储能系统、锂电池储能系统和光伏配套储能系统。

16、通过上述技术方案，环糊精疏水内腔包裹异构羧酸分子，高温下阻止羧酸分子有序堆积结晶，彻底解决传统长链羧酸析出堵塞管路；外部聚醚亲水链与醇基液相容；分子吸附于橡胶、尼龙、ptfe、石墨表面形成超薄隔离层，阻隔冷却液小分子渗透，大幅降低非金属溶胀率，无水解腐蚀风险。传统聚醚硅消泡剂与有机羧酸存在分子排斥，长期分层失效；本发明将聚醚硅消泡基团共价接枝于环糊精骨架，环糊精同时络合体系羧酸缓蚀剂，消除助剂拮抗；微气泡进入体系后，环糊精载体快速携带消泡基团抵达气液界面，快速排液破泡，无持续性泡沫堆积。

17、4,4'-硫代双(6-叔丁基间甲酚)作为长效抗氧剂，可捕获醇醚基液在高温下产生的自由基，阻断氧化链式反应，减少有机酸的生成；n-甲基二乙醇胺为低电离度有机胺ph调节剂，其分子中叔胺氮原子的孤对电子与水合氢离子结合形成弱电离的铵盐，ph缓冲能力强，而电导率贡献极小。

18、本发明的有益效果：

19、（1）本发明采用1,3-丙二醇与二丙二醇甲醚低电离基液与硅烷-茶皂素-支链羧酸三元非离子复合缓蚀剂，在长期高温运行中展现出低电导率稳定性，满足储能间接冷却系统的绝缘安全要求。

20、（2）本发明通过硅烷-茶皂素-支链羧酸三元非离子复合缓蚀剂的协同作用，储能系统常用金属材料实现全面防护；羟丙基β-环糊精接枝聚丙醚可在非金属材料表面形成隔离层，解决了传统冷却液对非金属部件腐蚀的问题。

21、（3）本发明储能工况长效抑泡，换热稳定，环糊精接枝改性消泡剂解决了传统消泡剂与缓蚀剂拮抗的固有缺陷；模拟电池持续充放电微气泡析出环境，泡沫消除时间＜10s，1000h 循环无泡沫堆积，换热系数无衰减。