專利名稱：燃料電池的冷卻劑組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所涉及的是燃料電池的冷卻劑組合物，具體地說(shuō)是涉及車用燃料的冷卻劑組合物。更具體地說(shuō)，本發(fā)明所涉及的燃料電池冷卻劑組合物能有效地抑制燃料電池冷卻劑的基本組分在長(zhǎng)時(shí)間使用中因氧化而使其導(dǎo)電率提高。
背景技術(shù)：
燃料電池通常呈堆疊結(jié)構(gòu)形狀，其中多個(gè)單元電池一個(gè)堆疊在另一個(gè)的上面。在使用過(guò)程中，燃料電池會(huì)產(chǎn)生熱量。為了使燃料電池冷卻，在每組單元電池中插入一塊帶有冷卻劑通道的冷卻板。冷卻劑通過(guò)該冷卻通道在冷卻板中進(jìn)行循環(huán)，對(duì)燃料電池進(jìn)行冷卻。
如果冷卻劑的導(dǎo)電率較高，燃料電池中所產(chǎn)生的電流有一部分很容易漏入冷卻劑，造成電流的浪費(fèi)和動(dòng)力的下降。因此，通常將導(dǎo)電率低而絕緣性高的純水用作燃料電池的冷卻劑。
但是，當(dāng)用于車用燃料電池或家用輔助發(fā)電系統(tǒng)時(shí)，在電池或系統(tǒng)停用時(shí)，這種燃料電池的冷卻劑便會(huì)冷卻到環(huán)境溫度并有可能在零度以下時(shí)凍結(jié)，由于冷卻劑體積膨脹會(huì)嚴(yán)重地?fù)p壞冷卻板并會(huì)極大地惡化燃料電池的功能。
為了防止發(fā)生這種凍結(jié)現(xiàn)象，可在冷卻劑中摻合二元醇或一元醇以作一種基本組分。已有人提出包含水和二元醇當(dāng)作基本組分和包含一種以胺為基礎(chǔ)的堿性添加劑的燃料電池冷卻劑(日本未審專利公開(kāi)-Japanese Unexamined Patent Publication 2001-164244)。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的由水和二元醇或一元醇當(dāng)作其基本組分制成的傳統(tǒng)燃料電池冷卻劑，在使用過(guò)程中會(huì)逐步被氧化，冷卻劑中會(huì)生成離子物質(zhì)，冷卻劑的導(dǎo)電率會(huì)逐漸提高。
為了解決上述問(wèn)題，所提供的燃料電池冷卻劑是在燃料電池的冷卻劑通道中裝入離子交換樹(shù)脂，以便從冷卻劑中脫除離子物質(zhì)并可防止冷卻劑的導(dǎo)電率的提高。
然而，離子交換樹(shù)脂很快就會(huì)因脫除由冷卻劑基本組分的氧化所產(chǎn)生的離子物質(zhì)而耗盡，并喪失其脫除離子的效率，離子交換樹(shù)脂的使用壽命也會(huì)迅速縮短。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于燃料電池冷卻劑的冷卻劑組合物，這種冷卻劑組合物能有效地抑制燃料電池冷卻劑因其基本組分在長(zhǎng)期使用過(guò)程中發(fā)生氧化而導(dǎo)致導(dǎo)電率的提高。
達(dá)到上述目的的手段本發(fā)明燃料電池冷卻劑組合物的特征在于，每個(gè)分子包括至少具有一個(gè)硫原子的含硫醇或含硫酚。
本發(fā)明燃料電池冷卻劑組合物的基本組分最好具有低的導(dǎo)電率和抗凍結(jié)特性并包括選自水、一元醇、二元醇和二元醇醚中的至少一種組分。
一元醇可以是至少一種選自如下化合物的組分甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、庚醇和辛醇。
二元醇可以是至少一種選自如下化合物的組分1，2-亞乙基二醇、二乙二醇、三乙二醇、丙二醇、1，3-丙二醇、1，3-丁二醇和1，5-戊二醇、己二醇。
二元醇醚可以是至少一種選自如下化合物的組分乙二醇一甲醚、二乙二醇一甲醚、三乙二醇一甲醚、四乙二醇一甲醚、乙二醇一乙醚、二乙二醇一乙醚、三乙二醇一乙醚、四乙二醇一乙醚、乙二醇一丁醚、二乙二醇一丁醚、三乙二醇一丁醚和四乙二醇一丁醚。
其中，優(yōu)選的是乙二醇和丙二醇，因?yàn)槿菀滋幚怼r(jià)格相對(duì)低廉而且比較通用。
基本組分包括每分子中至少含一個(gè)硫原子的含硫的乙醇和含硫的苯酚。含硫醇和含硫酚在抑制基本組分氧化方面是優(yōu)秀的。當(dāng)包括這種含硫醇或含硫酚的本發(fā)明冷卻劑組合物用水稀釋至適當(dāng)濃度并用來(lái)當(dāng)作冷卻劑時(shí)，這種冷卻劑的導(dǎo)電率不會(huì)提高(否則，會(huì)因基本組分的氧化而提高)或保持低于10μS/cm(這個(gè)范圍將不會(huì)降低燃料電池的發(fā)電能力)。即使冷卻劑已用了很長(zhǎng)時(shí)間，導(dǎo)電率的波動(dòng)也可保持在0至10μS/cm的范圍內(nèi)。
能提供這種效果的含硫醇或含硫酚的每個(gè)分子中至少有一個(gè)硫原子，可任意選擇，只要它至少有一個(gè)羥基即可。這種乙醇和苯酚優(yōu)選在其基本組分中有較高的溶解度，且其具有1至20碳原子，更優(yōu)選的是具有1至10碳原子。這種含硫醇或酚優(yōu)選具有鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，更優(yōu)選是具有直鏈結(jié)構(gòu)。
含硫醇或含硫酚可以是至少一種選自如下的化合物2-(甲硫基)乙醇、2-(乙硫基)乙醇、2-(n-丙硫基)乙醇、2-(異丙硫基)乙醇、2-(n-丁硫基)乙醇、2-(異丁硫基)乙醇、2-(苯硫基)乙醇、2-巰基乙醇、2，2’-二硫代二乙醇、2-(2-氨基乙硫基)乙醇、3-(乙硫基)丙醇、2，3-二巰基丙醇、3-巰基-1，2-丙二醇、4-(甲硫基)丁醇、3-巰基-2-丁醇、3-(甲硫基)己醇、3-巰基-1-己醇、2-噻吩甲醇、3-噻吩乙醇、2-噻吩乙醇、3-噻吩乙醇、DL-二硫代三醇、L-二硫代三醇、二硫代赤蘚醇、4-(甲硫基)-6-(羥甲基)-o-甲酚、3-甲硫基丙醇、DL-蛋氨醇、L-蛋氨醇、硫代二乙二醇、6-羥基-1，3-苯并硫醇-2-酮、2-巰基苯甲醇、4-巰基苯甲醇、4-(甲硫基)苯甲醇、4-羥基硫代苯酚、4，4’-硫代二苯酚、3，6-二噻-1，8辛二醇、3，7-二噻-1，9壬二醇和3，6-二惡-8-巰基辛烷-1-醇。
含硫醇或含硫酚最好具有這樣一種結(jié)構(gòu)，即分子的端基為非硫原子。
含硫醇或含硫酚可以是至少一種選自如下的化合物2-(甲硫基)乙醇、2-(乙硫基)乙醇、2-(n-丙硫基)乙醇、2-(異丙硫基)乙醇、2-(n-丁硫基)乙醇、2-(異丁硫基)乙醇、2-(苯硫基)乙醇、2，2’二硫代二乙醇、2-(2-氨基乙硫基)乙醇、3-(乙硫基)丙醇、4-(甲硫基)丁醇、3-(甲硫基)己醇、2-噻吩甲醇、3-噻吩甲醇、2-噻吩乙醇、3-噻吩乙醇、4-(甲硫基)-6-(羥甲基)-o-甲酚、3-甲硫基丙醇、DL-蛋氨醇、L-蛋氨醇、硫代二乙二醇、6-羥基-1，3-苯并硫醇-2-酮、4-(甲硫基)苯甲醇、4，4’-硫代二苯酚、3，6-二噻-1，8-辛二醇和3，7-二噻-1，9-壬二醇。
含硫醇或含硫酚的含量最好在0.01-20重量份/100重量份基本組分的范圍內(nèi)。若含量低于這個(gè)范圍，將不能提供足夠的基本的氧化防護(hù)，但若其含量高于這個(gè)范圍，將不能提供額外的效果，只是浪費(fèi)而已。
含硫醇或含硫酚本身就可當(dāng)作冷卻劑組合物的基本組分，它能很好地預(yù)防氧化作用，因此能預(yù)防由于基本組分氧化而導(dǎo)致的導(dǎo)電率的提高。
本發(fā)明的冷卻劑組合物可以另外包含至少一種不會(huì)影響導(dǎo)電率的防腐劑，用于抑制燃料電池中的金屬腐蝕作用。
這種防腐劑可以選自如下化合物磷酸及其鹽類、脂肪族羧酸及其鹽類、芳香族羧酸及其鹽類、三唑、噻唑、硅酸鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽、硼酸鹽、鉬酸鹽和胺鹽。
磷酸及其鹽類可以選自正磷酸、焦磷酸、六甲基磷酸、三聚磷酸及其堿金屬鹽。這些堿金屬鹽最好是鈉鹽和鉀鹽。
脂肪族羧酸及其鹽類可選自如下化合物戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、2-乙基己酸、己二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十一酸、十二酸及其堿金屬鹽類。堿金屬鹽最好是鈉鹽和鉀鹽。
芳香族羧酸及其鹽類可選自如下化合物苯甲酸、甲苯甲酸、對(duì)叔丁基對(duì)苯甲酸、苯二甲酸、對(duì)甲氧基苯甲酸、肉桂酸及其堿金屬鹽。堿金屬鹽最好是鈉鹽和鉀鹽。
三唑可以選自苯并三唑、甲基苯并三唑、環(huán)苯并三唑和4-苯基-1，2，3-三唑。
噻唑可以選自巰基苯并噻唑及其堿金屬鹽。堿金屬鹽最好是鈉鹽和鉀鹽。
硅酸鹽可以選自金屬硅酸的鈉鹽和鉀鹽以及通式為Na2O/XSiO2(X0.5至3.3)的稱為“水玻璃”的硅酸鈉水溶液。硝酸鹽可以選自硝酸鈉和硝酸鉀。亞硝酸鹽可以選自亞硝酸鈉和亞硝酸鉀。硼酸鹽可以選自四硼酸鈉和四硼酸鉀。
鉬酸鹽可以選自鉬酸鈉、鉬酸鉀和鉬酸銨。胺鹽可以選自一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、單異丙醇胺、二異丙醇胺和三異丙醇胺。
諸如氫氧化鈉和氫氧化鉀等pH調(diào)節(jié)劑，消泡劑和著色劑等都可以額外地和有選擇地包括在本發(fā)明的冷卻劑組合物中，對(duì)冷卻劑的導(dǎo)電率沒(méi)有影響。
本發(fā)明的范圍不受下述實(shí)施方案的限制。這些實(shí)施方案可在后附的權(quán)利要求范圍內(nèi)進(jìn)行改進(jìn)。
發(fā)明效果本發(fā)明的冷卻劑組合物包括每分子中至少有一個(gè)硫原子的含硫醇或含硫酚，它們可長(zhǎng)期防止燃料電池冷卻劑導(dǎo)電率的提高(否則，導(dǎo)電率會(huì)因冷卻劑基本組分的氧化而提高)并使冷卻劑導(dǎo)電率的波動(dòng)保持在0至10μS/cm范圍內(nèi)，這樣，發(fā)電效率就不會(huì)惡化。
本發(fā)明的最佳實(shí)施模式下面，將對(duì)本發(fā)明冷卻劑組合物的一些最佳實(shí)施方案與傳統(tǒng)冷卻劑組合物對(duì)比實(shí)例進(jìn)行對(duì)比敘述。表1所示出的分別是實(shí)施方案1-6和對(duì)比實(shí)例1-4的組分。每種組合物都含有作為基本組分的離子交換水(去離子水)和1，2-亞乙基二醇。實(shí)施方案1中還額外含有2-(甲硫基)乙醇。實(shí)施方案2中還額外含有2-(乙硫基)乙醇。實(shí)施方案3中額外含有2-(n-丁硫基)乙醇。實(shí)施方案4中額外含有2-(苯硫基)乙醇、實(shí)施方案5額外含有硫代二乙二醇。實(shí)施方案6額外含有3，7-二噻-1，9-壬二醇，而對(duì)比實(shí)例1中不含這類添加劑，對(duì)比實(shí)例2額外含有乙醇，對(duì)比實(shí)例3額外含有1-丙醇，對(duì)比實(shí)例4額外含有苯亞砜。
表1組分(wt％)

在氧化惡化試驗(yàn)之后對(duì)實(shí)施方案1-6和對(duì)比實(shí)例1-4中每一個(gè)實(shí)例的酸含量和電導(dǎo)率(μS/cm)進(jìn)行了測(cè)定。測(cè)定值見(jiàn)表2所示。氧化惡化試驗(yàn)在100℃下進(jìn)行了500小時(shí)。
表2試驗(yàn)結(jié)果

表2說(shuō)明，在氧化惡化試驗(yàn)之后，不含乙醇或苯酚，每分子中至少有一個(gè)硫原子的對(duì)比實(shí)例1的酸含量和電導(dǎo)率分別為22mmol/l和111μS/cm，而對(duì)比實(shí)例2-4的相應(yīng)數(shù)值分別為22至27mmol/l和103至115μS/cm，這說(shuō)明，對(duì)比實(shí)例1不具有預(yù)防氧化的能力，而對(duì)比實(shí)例2-4的性質(zhì)實(shí)際上是同等的。而另一方面，實(shí)施方案1-6經(jīng)試驗(yàn)后只產(chǎn)生痕量酸，試驗(yàn)后的導(dǎo)電率小至3.0至8.3μS/cm。因此可以確信，導(dǎo)電率的提高受到了含硫醇或含硫酚的有效抑制。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池冷卻劑組合物，該組合物包括每分子中有至少一個(gè)硫原子的含硫醇或含硫酚。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的冷卻劑組合物，其中，含硫醇或含硫酚中的碳原子數(shù)為1-20。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的冷卻劑組合物，其中，含硫醇或含硫酚是至少一種選自下面的化合物2-(甲硫基)乙醇、2-(乙硫基)乙醇、2-(n-丙硫基)乙醇、2-(異丙硫基)乙醇、2-(n-丁硫基)乙醇、2-(異丁硫基)乙醇、2-(苯硫基)乙醇、2-巰基乙醇、2，2’二硫代二乙醇、2-(2-氨基乙硫基)乙醇、3-(乙硫基)丙醇、2，3-二巰基丙醇、3-巰基-1，2-丙二醇、4-(甲硫基)丁醇、3-巰基-2-丁醇、3-(甲硫基)己醇、3-巰基-1-己醇、2-噻吩甲醇、3-噻吩甲醇、2-噻吩乙醇、3-噻吩乙醇、DL-二硫代三醇、L-二硫代三醇、二硫代赤蘚醇、4-(甲硫基)-6-(羥甲基)-o-甲酚、3-甲硫基丙醇、DL-蛋氨醇、L-蛋氨醇、硫代二乙二醇、6-羥基-1，3-苯并硫醇-2-酮、2-巰基苯甲醇、4-巰基苯基乙醇、4-(甲硫基)苯甲醇、4-羥基硫代苯酚、4，4’-硫代二苯酚、3，6-二噻-1，8-辛二醇、3，7-二噻-1，9-壬二醇和3，6-二惡-8-巰基辛烷-1-醇。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的冷卻劑組合物，其中，含硫醇或含硫酚具有下述結(jié)構(gòu)，即其分子的端基不是硫原子。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的冷卻劑組合物，其中，含硫醇或含硫酚的碳原子數(shù)為1-20。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的冷卻劑組合物，其中，含硫醇或含硫酚是至少一種選自下面的化合物2-(甲硫基)乙醇、2-(乙硫基)乙醇、2-(n-丙硫基)乙醇、2-(異丙硫基)乙醇、2-(n-丁硫基)乙醇、2-(異丁硫基)乙醇、2-(苯硫基)乙醇、2，2’二硫代二乙醇、2-(2-氨基乙硫基)乙醇、3-(乙硫基)丙醇、4-(甲硫基)丁醇、3-(甲硫基)己醇、2-噻吩甲醇、3-噻吩甲醇、2-噻吩乙醇、3-噻吩乙醇、4-(甲硫基)-6-(羥甲基)-o-甲酚、、3-甲硫基丙醇、DL-蛋氨醇、L-蛋氨醇、硫代二乙二醇、6-羥基-1，3-苯并硫醇-2-酮、4-(甲硫基)苯甲醇、4，4’-硫代二苯酚、3，6-二噻-1，8-辛二醇和3，7-二噻-1，9-壬二醇。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的冷卻劑組合物，該組合物包括混合在基本組分中的含硫醇或含硫酚，上述基本組分是選自水、一元醇、二元醇和二元醇醚中的至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的冷卻劑組合物，其中，含硫醇或含硫酚的含量為0.01至20重量份/100重量份基本組分。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的冷卻劑組合物，其中，含硫醇或含硫酚使燃料電池冷卻劑的導(dǎo)電率保持在10μS/cm以下。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任何一項(xiàng)權(quán)利要求的冷卻劑組合物，其中，含硫醇或含硫酚使燃料電池冷卻劑的導(dǎo)電率的波動(dòng)保持在0.1至10μS/cm的范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種燃料電池冷卻劑的冷卻劑組合物，該組合物包括每分子中有至少一個(gè)硫原子的含硫醇或含硫酚，該組合物能有效地預(yù)防由于基本組分長(zhǎng)期使用產(chǎn)生氧用而導(dǎo)致的導(dǎo)電率的提高。當(dāng)用水稀釋至預(yù)定濃度時(shí)，該冷卻劑組合物能有效地抑制冷卻劑導(dǎo)電率的提高并使導(dǎo)電率的波動(dòng)保持在0至10μS/cm的范圍內(nèi)，且使燃料電池的發(fā)電效率不會(huì)降低。
文檔編號(hào)C09K5/08GK101076912SQ20058004236
公開(kāi)日2007年11月21日 申請(qǐng)日期2005年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月2日
發(fā)明者堀道弘, 江川浩司, 角英美 申請(qǐng)人:Cci株式會(huì)社