一种含纳米氮化硼的氢动力燃料电池冷却液及其制备方法与流程

本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种含纳米氮化硼的氢动力燃料电池冷却液及其制备方法。

背景技术：

中国新能源汽车推广效果显著，新能源汽车细分类型繁多，目前仍以纯电动汽车、插电混合动力汽车为主。同时，氢能源汽车正在迎头追赶。目前，不仅氢燃料电池乘用车的研发取得突破，大型氢燃料电池商用车也陆续上线，据预测，2030年燃料电池汽车全球市场规模将超过198万辆，市场增长潜力巨大，根据中国汽车工程学会2016年10月26日发布的《节能与新能源汽车技术路线图》中的数据，2030年，中国燃料电池汽车的规模将达到百万辆。随着各国政府对氢燃料电池汽车产业的扶持及关键技术的突破，未来几年燃料电池汽车产业将迎来爆发式增长。

氢能源燃料电池是氢能源汽车的核心，氢燃料电池工作过程不涉及燃烧，无机械损耗，能量转化率高，产物仅为电、热和水，能有效解决汽车使用过程中产生的空气污染问题，续驶里程长，运行平稳，噪音低。被称为“终极环保发动机”。燃料电池的电效率一般为50％，产生大量的热必须通过冷却液及时带走，否则会影响电化学的反应速率并影响燃料电池的寿命。燃料电池整套系统的电压平台为数百伏，冷却液的导电率是影响整套系统绝缘的重要因素。

燃料电池的工作特性要求其冷却液除了耐高温和低温，对冷却系统的各种金属及非金属材料具有保护作用，防止发生腐蚀、泄露等特性，还必须具备低电导率、导热性好的特点。这对冷却液提出了较高的要求。而目前市场上的氢燃料电池冷却液产品参差不齐，主要存在以下问题：

1.电导率高，在氢燃料电池冷却系统中使用高导电性的冷却液，可能会因漏电引起触电危险；

2.导热性差，燃料电池在工作过程中产生大量的热无法快速的排出，导致燃料电池温度急剧上升，长时间工作在较高的温度下，影响电池使用寿命；

3.金属缓蚀效果不佳，由于添加剂复配和用量不合理，对多金属腐蚀抑制效果不理想。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种含纳米氮化硼的氢动力燃料电池冷却液，化学性质稳定高、电导率低，导热效果好，能够有效保护燃料电池，改善冷却系统的散热效果，提高燃料电池的工作效率。

本发明的目的之二在于提供上述含纳米氮化硼的氢动力燃料电池冷却液的制备方法。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

提供一种含纳米氮化硼的氢动力燃料电池冷却液，包括如下重量份数的组分：

进一步地，包括如下重量份数的组分：

进一步地，包括如下重量份数的组分：

防冻剂40份，8-羟基喹啉0.01份，唑类缓蚀剂0.08份，2，4-二羟基嘧啶0.02份，对硝基苯酚0.002份，磷酸三乙酯0.003份，纳米氮化硼0.0002份，分散剂0.002，水59.88份；或，

防冻剂50份，8-羟基喹啉0.015份，唑类缓蚀剂0.1份，2，4-二羟基嘧啶0.015份，对硝基苯酚0.003份，磷酸三乙酯0.002份，纳米氮化硼0.0008份，分散剂0.008，水49.86份；或，

防冻剂60份，8-羟基喹啉0.02份，唑类缓蚀剂0.06份，2，4-二羟基嘧啶0.03份，对硝基苯酚0.005份，磷酸三乙酯0.0015份，纳米氮化硼0.0005份，分散剂0.005，水39.88份。

进一步地，所述防冻剂为乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇中的至少一种。

进一步地，所述唑类缓蚀剂为5-硝基苯并三氮唑，5-羧基苯并三氮唑、苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑中的至少一种。

进一步地，所述纳米氮化硼的粒径为10-60nm。

进一步地，所述分散剂为乙二醇、聚乙二醇、丙二醇、非离子硅氧烷偶联剂、高分子共聚物超分散剂中的至少一种。

进一步地，所述水为超纯水，电导率≤0.1us/cm。

本发明的目的之二采用如下技术方案实现：

一种所述的含纳米氮化硼的氢动力燃料电池冷却液的制备方法，包括如下步骤：

1)将防冻剂、8-羟基喹啉、唑类缓蚀剂、2，4-二羟基嘧啶、对硝基苯酚、磷酸三乙酯和水按配方量投入反应釜中，搅拌至第一预设时间；

2)将纳米氮化硼与分散剂混合，进行球磨改性；

3)将改性后的纳米氮化硼加入到步骤1)的反应釜中，搅拌至第二预设时间，得到混合物；

4)将混合物进行超声振荡；

5)将超声振荡后的混合物利用离心机进行离心处理，过滤，配制成氢动力燃料电池冷却液。

进一步地，步骤1)中，第一预设时间为15～60min，反应釜转速400～500r/min；

步骤2)中，球磨时间300～360min，转速150～200r/min；

步骤3)中，第二预设时间为2～20min，反应釜转速400～500r/min；

步骤4)中，超声震荡时间40～60min，超声功率400～600w，超声温度20-40℃；

步骤5)中，离心机转速5000～6000r/min，离心时间3～5min。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明的一种含纳米氮化硼的氢动力燃料电池冷却液，采用高分子有机物做缓蚀剂，不含无机盐，通过合理配置各组分和各组分之间的含量，在各组分协同作用下，使冷却液具有优异的金属防腐蚀作用，同时具有长效的极低的电导率，能够提高冷却液各方面的综合性能，电导率可控制在1μs/cm以下，化学性质稳定、不易变质、存储稳定性佳，具有防冻、防沸、防腐、防垢的特性，使用寿命长。此外，冷却液中加入了纳米氮化硼，由于纳米粒子互相碰撞传递能量，能大幅度提高冷却液的散热速度，使冷却液具有更高的导热系数和更好的散热效果，有效防止电池过热，保护燃料电池，提高燃料电池的工作效率，保障车辆的安全行驶。

其中，本发明包括8-羟基喹啉、2，4-二羟基嘧啶、对硝基苯酚等杂环有机物，使金属部件与冷却液界面上形成螯合物结构，该螯合物具有多齿配体键合结构，稳定性高，避免金属离子进入冷却液中导致电导率升高；同时加入非离子型缓蚀剂磷酸三乙酯，可有效防止金属腐蚀，使得冷却液能够长时间维持低电导率。

本发明的含纳米氮化硼的氢动力燃料电池冷却液的制备方法，可大批量生产，生产工艺简单，制得的冷却液的化学性质稳定高、电导率低，导热效果好。

具体实施方式

下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

实施例1

一种含纳米氮化硼的氢动力燃料电池冷却液，包括如下重量份数的组分：

乙二醇40.00份，8-羟基喹啉0.01份，5-硝基苯并三氮唑0.03份，苯并三氮唑0.05份，2，4-二羟基嘧啶0.02份，对硝基苯酚0.002份，磷酸三乙酯0.003份，纳米氮化硼0.0002份，聚乙二醇0.002份，超纯水59.88份。

含纳米氮化硼的氢动力燃料电池冷却液的制备方法如下：

1)将搅拌转速开至500r/min，在常温反应条件下，在反应釜中加入乙二醇40.00份，8-羟基喹啉0.01份，5-硝基苯并三氮唑0.03份，苯并三氮唑0.05份，2，4-二羟基嘧啶0.02份，对硝基苯酚0.002份，磷酸三乙酯0.003份，超纯水59.88份，搅拌30min至混合均匀；

2)在球磨机中加入纳米氮化硼0.0002份，聚乙二醇0.002份混合，球磨机转速调至150r/min进行球磨300min；

3)将改性后的纳米氮化硼加入到反应釜中，搅拌15min；

4)将所得混合物在温度30℃，超声功率400w的条件下进行超声振荡40min；

5)将所得混合物利用离心机离心，离心机转速5000r/min，离心3min，过滤去除较大的纳米颗粒，得到本实施例的含纳米氮化硼的氢动力燃料电池冷却液。

将上述含纳米氮化硼的氢动力燃料电池冷却液进行稳定性、冰点、沸点、电导率和玻璃器皿腐蚀试验，测试结果如表1所示。

表1

其中，稳定性采用在常温下静置15天后观察产品的外观，观察是否有无分层、沉淀现象。冰点试验按照sh/t0090的规定进行测试。沸点试验按照sh/t0089的规定进行测试。电导率采用电导率测定仪进行测试，导热系数提高率采用导热系数仪在88℃条件下，对含纳米氮化硼的氢动力燃料电池冷却液和不含纳米氮化硼氢动力燃料冷却液(其它组分及其比例相同)试样进行测定导热系数并计算导热系数提高率。玻璃器皿腐蚀试验，试片材质和大小参考sh/t0085，将紫铜和铸铝为一组，黄铜和钢为一组，组成两组试片束，将试片束浸没在600-800ml氢动力燃料电池纳米冷却液试样中，在温度80℃下实验250h进行测试，实验前后称重，计算试片质量变化。

从表1可以看出，本实施例制得的含纳米氮化硼的氢动力燃料电池冷却液电导率低，导热系数高，可防止黄铜、紫铜、钢和铸铝的腐蚀。具有优异的防护性能，从容应对冷却系统内部的各种点蚀、气蚀和侵蚀，阻止水垢的生成，有效保护冷却系统的安全。

实施例2

一种含纳米氮化硼的氢动力燃料电池冷却液，包括如下重量份数的组分：

1,3-丙二醇50.00份，8-羟基喹啉0.015份，5-羧基苯并三氮唑0.05份、甲基苯并三氮唑0.05份，2，4-二羟基嘧啶0.015份，对硝基苯酚0.003份，磷酸三乙酯0.002份，纳米氮化硼0.0008份，非离子硅氧烷偶联剂0.008份，超纯水49.86份。

含纳米氮化硼的氢动力燃料电池冷却液的制备方法如下：

1)将搅拌转速开至400r/min，在常温反应条件下，在反应釜中加入1,3-丙二醇50.00份，8-羟基喹啉0.015份，5-羧基苯并三氮唑0.05份、甲基苯并三氮唑0.05份，2，4-二羟基嘧啶0.015份，对硝基苯酚0.003份，磷酸三乙酯0.002份，超纯水49.86份，搅拌40min至混合均匀；

2)在球磨机中加入纳米氮化硼0.0008份，非离子硅氧烷偶联剂0.008份混合，球磨机转速调至180r/min进行球磨320min；

3)将改性后的纳米氮化硼加入到反应釜中，搅拌10min；

4)将所得混合物在温度35℃，超声功率450w的条件下进行超声振荡45min；

5)将所得混合物利用离心机离心，离心机转速5500r/min，离心4min，过滤去除较大的纳米颗粒，得到本实施例的含纳米氮化硼的氢动力燃料电池冷却液。

上述含纳米氮化硼的氢动力燃料电池冷却液进行稳定性、冰点、沸点、电导率和玻璃器皿腐蚀试验，测试结果如表2所示。

表2

其中，稳定性采用在常温下静置15天后观察产品的外观，观察是否有无分层、沉淀现象。冰点试验按照sh/t0090的规定进行测试。沸点试验按照sh/t0089的规定进行测试。电导率采用电导率测定仪进行测试，导热系数提高率采用导热系数仪在88℃条件下，对含纳米氮化硼的氢动力燃料电池冷却液和不含纳米氮化硼氢动力燃料冷却液(其它组分及其比例相同)试样进行测定导热系数并计算导热系数提高率。玻璃器皿腐蚀试验，试片材质和大小参考sh/t0085，将紫铜和铸铝为一组，黄铜和钢为一组，组成两组试片束，将试片束浸没在600-800ml氢动力燃料电池纳米冷却液试样中，在温度80℃下实验250h进行测试，实验前后称重，计算试片质量变化。

从表2可以看出，本实施例制得的含纳米氮化硼的氢动力燃料电池冷却液电导率低，导热系数高，可防止黄铜、紫铜、钢和铸铝的腐蚀。具有优异的防护性能，从容应对冷却系统内部的各种点蚀、气蚀和侵蚀，阻止水垢的生成，有效保护冷却系统的安全。

实施例3

一种含纳米氮化硼的氢动力燃料电池冷却液，包括如下重量份数的组分：1,2-丙二醇60.00份，8-羟基喹啉0.02份，苯并三氮唑0.03份、甲基苯并三氮唑0.03份，2，4-二羟基嘧啶0.03份，对硝基苯酚0.005份，磷酸三乙酯0.0015份，纳米氮化硼0.0005份，乙二醇0.005份，水39.88份。

含纳米氮化硼的氢动力燃料电池冷却液的制备方法如下：

1)将搅拌转速开至450r/min，在常温反应条件下，在反应釜中加入1,2-丙二醇60.00份，8-羟基喹啉0.02份，苯并三氮唑0.03份、甲基苯并三氮唑0.03份，2，4-二羟基嘧啶0.03份，对硝基苯酚0.005份，磷酸三乙酯0.0015份，超纯水39.88份，搅拌35min至混合均匀；

2)在球磨机中加入纳米氮化硼0.0005份，乙二醇0.005份混合，球磨机转速调至200r/min进行球磨340min；

3)将改性后的纳米氮化硼加入到反应釜中，搅拌20min；

4)将所得混合物在温度40℃，超声功率500w的条件下进行超声振荡60min；

5)将所得混合物利用离心机离心，离心机转速6000r/min，离心3min，过滤去除较大的纳米颗粒，得到本实施例的含纳米氮化硼的氢动力燃料电池冷却液。

上述含纳米氮化硼的氢动力燃料电池冷却液进行稳定性、冰点、沸点、电导率和玻璃器皿腐蚀试验，测试结果如表3所示。

表3

其中，稳定性采用在常温下静置15天后观察产品的外观，观察是否有无分层、沉淀现象。冰点试验按照sh/t0090的规定进行测试。沸点试验按照sh/t0089的规定进行测试。电导率采用电导率测定仪进行测试，导热系数提高率采用导热系数仪在88℃条件下，对含纳米氮化硼的氢动力燃料电池冷却液和不含纳米氮化硼氢动力燃料冷却液(其它组分及其比例相同)试样进行测定导热系数并计算导热系数提高率。玻璃器皿腐蚀试验，试片材质和大小参考sh/t0085，将紫铜和铸铝为一组，黄铜和钢为一组，组成两组试片束，将试片束浸没在600-800ml氢动力燃料电池纳米冷却液试样中，在温度80℃下实验250h进行测试，实验前后称重，计算试片质量变化。

从表3可以看出，本实施例制得的纳米氮化硼的氢动力燃料电池冷却液电导率低，导热系数高，可防止黄铜、紫铜、钢和铸铝的腐蚀。具有优异的防护性能，从容应对冷却系统内部的各种点蚀、气蚀和侵蚀，阻止水垢的生成，有效保护冷却系统的安全。

从实施例1-3可以看出，参考国标gb29743通过改变防冻剂添加量，调配不同冰点和沸点的防冻液，来满足不同地区冬季对防冻液的需求，氢动力燃料电池冷却液的电导率、导热系数、稳定性均符合标准。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。