一种氟铝酸盐钎焊缝兼容性的氢燃料电池冷却液及其制备方法与流程

1.本发明涉及一种氟铝酸盐钎焊剂焊缝兼容性的氢燃料电池冷却液，具体地说，涉及一种用于采用氟铝酸盐作为钎焊剂的铝制散热器温控系统、具有氟铝酸盐钎焊缝兼容性和多金属防腐蚀等功能的液体，属于化工领域。


背景技术：

2.铝制散热器以其轻量化、优异的导热性等诸多优点，广泛应用于发动机、新能源汽车、氢燃料电池等温控系统中。铝制散热器最为重要的一环就是钎焊成型。铝及铝合金的无腐蚀钎剂中应用最多的是氟铝酸盐钎焊剂，它是由氟铝酸钾、氟铝酸铷或氟铝酸铯组成，具有无腐蚀、焊后残渣不需清洗等特点，焊接过程中破坏铝合金的氧化膜，使熔化的钎料与母材湿润，焊接后维持和保护膜的完整性，降低焊接接头的腐蚀。文章《氟铝酸钾焊接助溶剂对汽车散热器翅片腐蚀行为的影响》(腐蚀科学与防腐技术.第22卷第三期,2010年5月)指出氟铝酸钾焊接助溶剂提高了铝或铝合金材料的阳极活性，同时降低了阴极活性，容易与散热器铝制材料形成电化学腐蚀，极大地缩短了铝制散热器的使用寿命。具体到氢燃料电池温控系统中，电化学腐蚀的加剧使得腐蚀产物的阴阳离子直接提高了氢燃料电池冷却液的电导率，造成去离子罐使用寿命降低，直接影响了氢燃料电池的正常使用，并增加了维护成本和停机风险。
3.作为燃料电池冷却系统“血液”的冷却液，其电导率对系统的正常运转至关重要。氢燃料电池冷却液在循环过程中，电导率会不断上升，其主要来源于乙二醇氧化生成的有机杂质以及温控系统中金属腐蚀所产生的的金属离子。发动机冷却液对多种金属有着良好的金属防腐蚀性能，但是其电导率一般在1000μs/cm-4000μs/cm之间，远远超过氢燃料电池冷却液要求的不大于5μs/cm的要求，因此不能直接应用在氢燃料电池冷却系统中。例如：
4.专利cn01131412.5提供了一种发动机冷却液，该冷却液是由乙二醇1000份、癸二酸2-8份、对苯二甲酸2-5份、甲苯并三唑1-4份、对叔丁基苯甲酸5-25份、辛酸1-12份、琥珀酸1-4份、消泡剂0.1-0.2份制成，该冷却液是专门针对发动机冷却系统设计的，虽然有着良好的金属防腐蚀性能，但是其电导率大于2000μs/cm，不能应用到氢燃料电池冷却系统中。
5.中国专利cn109148915a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，但是该冷却液采用三乙醇胺本身会造成电导率的增加，此外也不能解决氟铝酸盐钎焊剂焊缝的腐蚀。
6.美国专利us8187763b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10μs/cm或更低，但是该冷却液没有防腐的作用，不能抑制金属部件离子的析出。
7.美国专利us20040086757公开了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。但是聚合物离子抑制剂仍旧不能解决金属腐蚀的问题，此外作为离子去除剂容易出现沉降、造成堵塞管道的难题。
8.中国专利cn113429945a公开了一种燃料电池冷却液及其制备方法，由醇类化合物、骨胶、唑类化合物、酯类化合物和去离子水构成，该冷却液有着优异的低电导率和优异的黄铜、钢、铝等防腐蚀性，但是其对氟铝酸盐钎焊剂焊缝防护能力差，不能抑制氟铝酸盐钎焊剂焊缝的离子析出。
9.因此，根据氟铝酸盐钎焊剂焊缝的防腐蚀要求，需要研制一种氢燃料电池冷却液，抑制中冷器和散热器等部件中氟铝酸盐钎焊剂形成焊缝析出的离子。


技术实现要素：

10.针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种电导率低、氟铝酸盐钎焊剂焊缝兼容性优异的氢燃料电池冷却液及其制备方法。
11.为了实现目的，本发明采用如下技术方案：
12.本发明公开了一种氟铝酸盐钎焊缝兼容性的氢燃料电池冷却液，其特点在于，各原料按重量份的构成为：醇类化合物100份、骨胶0.1-1份、唑类化合物0.4-1份、脂类化合物0.01-0.2份、2,4,6-三[(对羧基苯基)氨基]-1,3,5-三嗪0.3-2份、硅酸盐0.02-0.3份和去离子水5-200份。
[0013]
进一步地，所述醇类化合物为乙二醇、丙二醇和丙三醇中的一种或多种，优选乙二醇。
[0014]
进一步地，所述硅酸盐为硅酸钠、硅酸钾，优选硅酸钠。
[0015]
进一步地，所述唑类化合物为甲基苯并三氮唑、苯并三氮唑、2-巯基苯并噻唑(mbt)和2-氨基-5-巯基-1,3,4-噻二唑(amt)中的一种或多种。
[0016]
进一步地，所述酯类化合物为酯类化合物选自三乙醇胺硼酸酯或改性含氮硼酸酯衍生物。
[0017]
进一步地，所述去离子水的电阻率不小于15mω
·
cm。
[0018]
本发明所得燃料电池冷却液的电导率在0.5μs/cm～2μs/cm。
[0019]
本发明针对醇类化合物和唑类化合物进行筛选，在大量的实验研究和测试实验的基础上，确定了硅酸盐、脂类化合物、2,4,6-三[(对羧基苯基)氨基]-1,3,5-三嗪的最佳选择，使之能够产生协同效果，即在低电导率的条件下提升金属防腐性能，尤其是铝合金氟铝酸盐钎焊剂焊缝的兼容性。
[0020]
为了更进一步降低氢燃料电池冷却液的电导率及提高铝合金氟铝酸盐钎焊剂焊缝的兼容性，本发明针对上述燃料电池冷却液中各组分的用量进行了探究，确定了更优的配比，具体如下：
[0021]
优选的，所述燃料电池冷却液的各原料按重量份的构成为：醇类化合物100份、骨胶0.2-0.8份、唑类化合物0.5-0.9份、脂类化合物0.05-0.18份、2,4,6-三[(对羧基苯基)氨基]-1,3,5-三嗪0.4-1.8份、硅酸盐0.1-0.2份和去离子水5-200份。
[0022]
更优选的，所述燃料电池冷却液的各原料按重量份的构成为：醇类化合物100份、骨胶0.2-0.5份、唑类化合物0.6-0.8份、脂类化合物0.1-0.15份、2,4,6-三[(对羧基苯基)
氨基]-1,3,5-三嗪0.6-1.2份、硅酸盐0.15-0.18份和去离子水5-200份。
[0023]
进一步优选的，所述燃料电池冷却液的各原料按重量份的构成为：醇类化合物100份、骨胶0.2-0.5份、唑类化合物0.6-0.8份、脂类化合物0.1-0.15份、2,4,6-三[(对羧基苯基)氨基]-1,3,5-三嗪0.6-1.2份、硅酸盐0.15-0.18份和去离子水5-200份，且硅酸盐、脂类化合物、2,4,6-三[(对羧基苯基)氨基]-1,3,5-三嗪的质量比为0.2：0.1：(1.2-1.5)。
[0024]
本发明还提供了上述的氟铝酸盐钎焊缝兼容性的氢燃料电池冷却液的制备方法，包括如下步骤：
[0025]
1)将硅酸盐、唑类化合物加入到去离子水中，搅拌至溶解，缓慢加入骨胶，搅拌得到均匀的溶液；
[0026]
2)将步骤1)所得溶液与醇类化合物进行混合搅拌，然后加入脂类化合物、2,4,6-三[(对羧基苯基)氨基]-1,3,5-三嗪并搅拌均匀，得到完全溶解的溶液，其电导率不大于1500μs/cm；
[0027]
3)经过超精滤装置去除步骤2)所得溶液中的固体杂质后，再经spectrapure混合床半导体级di树脂除去溶液中的金属和非金属阴阳离子，直至电导率为0.5μs/cm～2μs/cm，得到所述的氟铝酸盐钎焊缝兼容性的氢燃料电池冷却液。
[0028]
本发明的氢燃料电池冷却液是采用离子及非离子缓蚀剂与醇类化合物和去离子水复配而成。根据缓蚀成膜原理，溶解在醇类化合物和去离子水中的离子及非离子缓蚀剂在铝合金氟铝酸盐钎焊剂焊缝处形成吸附膜和沉淀膜，阻止了因钎焊导致的金属极化而引起的腐蚀，阻断了因腐蚀导致的离子析出而引起的电导率升高，延长了铝合金散热器等钎焊部件的使用寿命。根据软硬酸碱原理，选用硬酸和软酸分别保护冷却系统中使用的铸铝，尤其是硅酸盐、硼酸酯及2,4,6-三[(对羧基苯基)氨基]-1,3,5-三嗪的协同作用进一步显著地提升了对铝合金钎焊焊缝的防护，对金属防腐蚀性能的优异抑制了金属离子释放到冷却液中，从而增强了低电导率的保持性。
[0029]
本发明的燃料电池冷却液具有低电导率、氟铝酸盐钎焊剂焊缝兼容性优异等性能。相比已有的技术，本发明所采用的技术方案的有益效果体现在：
[0030]
1、与高电导率的发动机冷却液技术相比，本发明的冷却液具有优异的低电导率性能，确保氢燃料电池发动机的正常运行；
[0031]
2、与其它低电导率冷却液技术相比，本发明的冷却液具有优异的低电导率保持性，延长冷却液的使用寿命，延长氢燃料电池发动机温控系统中去离子罐的使用寿命；
[0032]
3、本发明冷却液具有优异的氟铝酸盐钎焊剂焊缝兼容性，有效防止铝合金散热器等部件的腐蚀，有效延长了铝合金散热器等部件的使用寿命。
具体实施方式
[0033]
下面将结合实施例对本发明的优选实施方式进行详细说明。需要理解的是以下实施例的给出仅是为了起到说明的目的，并不是用于对本发明的范围进行限制。本领域的技术人员在不背离本发明的宗旨和精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和替换。
[0034]
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
[0035]
下述实施例所述制备方法严格按照加入顺序进行配置，所述超精滤采用1μm的超精滤装置进行，所用的离子交换树脂为spectrapure混合床半导体级di树脂。
[0036]
实施例1
[0037]
本实施例提供一种燃料电池冷却液，其制备方法如下：
[0038]
将硅酸钠0.2g、甲基苯并三氮唑4g加入到去离子水1000g中，搅拌均匀溶解，缓慢加入骨胶1g，搅拌得到均匀的溶液；将得到的溶液与乙二醇1000g进行混合搅拌，然后加入三乙醇胺硼酸酯0.1g、2,4,6-三[(对羧基苯基)氨基]-1,3,5-三嗪3g并搅拌均匀，得到完全溶解的溶液，其电导率为513μs/cm。经过超精滤装置去除所得溶液中的固体杂质后，再经spectrapure混合床半导体级di树脂除去溶液中的金属和非金属阴阳离子，获得电导率为0.5μs/cm的氢燃料电池冷却液。
[0039]
实施例2
[0040]
本实施例提供一种燃料电池冷却液，其制备方法如下：
[0041]
将硅酸钠3g、甲基苯并三氮唑10g到去离子水1000g中，搅拌均匀溶解，缓慢加入骨胶10g，搅拌得到均匀的溶液；将得到的溶液与乙二醇1000g进行混合搅拌，然后加入三乙醇胺硼酸酯2g、2,4,6-三[(对羧基苯基)氨基]-1,3,5-三嗪20g并搅拌均匀，得到完全溶解的溶液，其电导率为1325μs/cm。经过超精滤装置去除所得溶液中的固体杂质后，再经spectrapure混合床半导体级di树脂除去溶液中的金属和非金属阴阳离子，获得电导率为1.0μs/cm的氢燃料电池冷却液。
[0042]
实施例3
[0043]
本实施例提供一种燃料电池冷却液，其制备方法如下：
[0044]
将硅酸钠1.5g、甲基苯并三氮唑7g到去离子水1000g中，搅拌均匀溶解，缓慢加入骨胶5g，搅拌得到均匀的溶液；将得到的溶液与乙二醇1000g进行混合搅拌，然后加入三乙醇胺硼酸酯1g、2,4,6-三[(对羧基苯基)氨基]-1,3,5-三嗪10g搅拌均匀，得到完全溶解的溶液，其电导率为1056μs/cm。
[0045]
经过超精滤装置去除所得溶液中的固体杂质后，再经spectrapure混合床半导体级di树脂除去溶液中的金属和非金属阴阳离子，获得电导率为0.8μs/cm的氢燃料电池冷却液。
[0046]
实施例4
[0047]
本实施例提供一种燃料电池冷却液，其制备方法如下：
[0048]
将硅酸钠1.8g、甲基苯并三氮唑8g到去离子水1000g中，搅拌均匀溶解，缓慢加入骨胶2g，搅拌得到均匀的溶液；将得到的溶液与乙二醇1000g进行混合搅拌，然后加入三乙醇胺硼酸酯1.2g、2,4,6-三[(对羧基苯基)氨基]-1,3,5-三嗪8g搅拌均匀，得到完全溶解的溶液，其电导率为1010μs/cm。经过超精滤装置去除所得溶液中的固体杂质后，再经spectrapure混合床半导体级di树脂除去溶液中的金属和非金属阴阳离子，获得电导率为0.6μs/cm的氢燃料电池冷却液。
[0049]
实施例5
[0050]
本实施例提供一种燃料电池冷却液，其制备方法如下：
[0051]
将硅酸钠2g、甲基苯并三氮唑7g到去离子水1000g中，搅拌均匀溶解，缓慢加入骨胶5g，搅拌得到均匀的溶液；将得到的溶液与乙二醇1000g进行混合搅拌，然后加入三乙醇胺硼酸酯1g、2,4,6-三[(对羧基苯基)氨基]-1,3,5-三嗪12g搅拌均匀，得到完全溶解的溶液，其电导率为1102μs/cm。经过超精滤装置去除所得溶液中的固体杂质后，再经
spectrapure混合床半导体级di树脂除去溶液中的金属和非金属阴阳离子，获得电导率为1.2μs/cm的氢燃料电池冷却液。
[0052]
实施例6
[0053]
本实施例提供一种燃料电池冷却液，其制备方法如下：
[0054]
将硅酸钠2g、甲基苯并三氮唑7g到去离子水1000g中，搅拌均匀溶解，缓慢加入骨胶5g，搅拌得到均匀的溶液；将得到的溶液与乙二醇1000g进行混合搅拌，然后加入三乙醇胺硼酸酯1g、2,4,6-三[(对羧基苯基)氨基]-1,3,5-三嗪15g搅拌均匀，得到完全溶解的溶液，其电导率为1218μs/cm。经过超精滤装置去除所得溶液中的固体杂质后，再经spectrapure混合床半导体级di树脂除去溶液中的金属和非金属阴阳离子，获得电导率为1.0μs/cm的氢燃料电池冷却液。
[0055]
实施例7
[0056]
本实施例提供一种燃料电池冷却液，其制备方法如下：
[0057]
将硅酸钠1g、甲基苯并三氮唑7g到去离子水1000g中，搅拌均匀溶解，缓慢加入骨胶5g，搅拌得到均匀的溶液；将得到的溶液与乙二醇1000g进行混合搅拌，然后加入三乙醇胺硼酸酯0.5g、2,4,6-三[(对羧基苯基)氨基]-1,3,5-三嗪7g搅拌均匀，得到完全溶解的溶液，其电导率为698μs/cm经过超精滤装置去除所得溶液中的固体杂质后，再经spectrapure混合床半导体级di树脂除去溶液中的金属和非金属阴阳离子，获得电导率为1.0μs/cm的氢燃料电池冷却液。
[0058]
对比例1
[0059]
本对比例提供一种热传导介质，其组成包括乙二醇1000kg、去离子水1000kg，其电导率为0.8μs/cm。
[0060]
对比例2
[0061]
本对比例为专利cn01131412.5实施例1提供的一种发动机冷却液，其组成按重量份计包括：乙二醇1000kg，癸二酸2kg，对苯二甲酸5kg，甲基苯三唑1kg、对叔丁基苯甲酸25kg，辛酸1kg，琥珀酸kg、消泡剂0.1kg，去离子水1000kg，混合搅拌均匀后得到冷却液，其电导率为3200μs/cm。
[0062]
对比例3
[0063]
目前市场上销售的某德国知名品牌氢燃料电池冷却液，如basfglysantinfcg20-00/50。
[0064]
对比例4
[0065]
目前市场上销售的某美国知名品牌氢燃料电池冷却液，如dynalenelc。
[0066]
对比例5
[0067]
本对比例为专利cn113429945a实施例4提供的冷却液。
[0068]
针对实施例1～7制得的燃料电池冷却液和对比例1～5制得的冷却液进行性能测试。对实施例和对比例的溶液按照t/cas48—2021规定中附录a的试验方法进行测试，增加了氟铝酸盐钎焊剂焊接3003铝的标准试片，焊缝宽度1mm，居于试片中间，与试片的长平行，测试氢燃料电池冷却液样品的电导率、试片样品的金属腐蚀情况，具体测试结果如表1所示。氟铝酸盐钎焊剂焊接3003铝的标准试片腐蚀试验代表氟铝酸盐钎焊剂焊缝的兼容性。
[0069]
表1实施例1～7和对比例1～5的燃料电池冷却液性能测试结果
[0070][0071][0072]
综上，本发明的燃料电池冷却液具有优异的低电导率性能、低电导率保持性及氟铝酸盐钎焊剂焊缝兼容性，从而确保氢燃料电池发动机的正常运行，显著减少了离子的析出，延长冷却液、去离子罐的使用寿命，有效延长了铝合金散热器等部件的使用寿命。
[0073]
应当注意的是，以上的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。