本發(fā)明涉及燃料電池冷卻，尤其是涉及一種用于燃料電池冷卻的潛熱型功能流體及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、近年來，受能源危機(jī)和環(huán)境污染的影響，能源轉(zhuǎn)型已成為必然選擇，特別是在交通運(yùn)輸領(lǐng)域，以傳統(tǒng)化石能源為主要燃料的內(nèi)燃機(jī)向新能源發(fā)展已經(jīng)成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。質(zhì)子交換膜燃料電池因能量密度高、工作溫度低以及啟停響應(yīng)快，成為新能源汽車的主要動力源之一。然而，質(zhì)子交換膜燃料電池工作溫度敏感性較高，過高或過低的工作溫度會降低電池輸出性能甚至損壞關(guān)鍵部件，因此對燃料電池實(shí)現(xiàn)有效的冷卻、保證溫度均勻性尤為重要。

2、一般燃料電池冷卻系統(tǒng)主要采用液體冷卻或空氣冷卻方式，冷卻介質(zhì)直接通過雙極板或流經(jīng)冷卻流道，選擇時需綜合考慮燃料電池功率、系統(tǒng)復(fù)雜性、經(jīng)濟(jì)成本、應(yīng)用場景等四個因素。對于燃料電池汽車而言，其所需電池功率約100kw，由于液體冷卻具有高導(dǎo)熱性和熱容量、散熱率高，且不受系統(tǒng)尺寸、重量和復(fù)雜性的限制，因而成為首選的冷卻方式。目前，傳統(tǒng)冷卻介質(zhì)采用水與乙二醇等添加劑的混合溶液，具有無毒、防凍和化學(xué)惰性的特點(diǎn)。但使用一段時間后，冷卻介質(zhì)會發(fā)生氧化或者被雙極板收集的金屬離子污染，導(dǎo)致導(dǎo)電性能增強(qiáng)，進(jìn)而引發(fā)電流分流、冷卻液降解和腐蝕加速等一系列問題。此外，傳統(tǒng)冷卻液的冷卻效率低，無法對高能量密度的燃料電池電堆進(jìn)行溫度控制。由此可見，應(yīng)用于燃料電池冷卻系統(tǒng)的冷卻劑需要兼顧冷卻能力以及電安全性，新型冷卻劑的開發(fā)勢在必行。

3、潛熱型功能流體作為一種特殊冷卻劑，其組分包括以水為主的基液和相變材料添加劑。在流動傳熱過程中，相變材料顆粒附近產(chǎn)生“微對流”效應(yīng)，有效增強(qiáng)傳熱。同時，相變材料達(dá)到相變溫度時會發(fā)生相變，吸收大量潛熱，從而達(dá)到更高的冷卻效率，因此在各類冷卻系統(tǒng)逐漸嶄露頭角。例如，專利cn202210148199.7提供了一種采用潛熱型功能流體的車載疫苗運(yùn)輸箱控溫系統(tǒng)，可在長途運(yùn)輸中有效保存疫苗；專利cn202210249763.4利用潛熱型功能流體回收余熱發(fā)明了一種冰箱除霜系統(tǒng)，達(dá)到智能除霜，節(jié)約能耗的目的；專利cn201910316146.x發(fā)明了基于潛熱型傳熱流體的地板輻射空調(diào)系統(tǒng)，能降低室溫波動和總體能耗；專利cn201821695200.3開發(fā)了一種基于潛熱型相變流體的冷鏈溫控系統(tǒng)包裝系統(tǒng)，可長時間保溫，實(shí)現(xiàn)長距離運(yùn)輸。

4、為了進(jìn)一步增強(qiáng)潛熱儲存，提高熱穩(wěn)定性，研究人員提出了微膠囊結(jié)構(gòu)，其通常以二維材料為殼對相變材料進(jìn)行封裝，防止核內(nèi)材料泄露。但潛熱型功能流體在燃料電池?zé)峁芾碇械膽?yīng)用鮮有報道，且普通微膠囊復(fù)合相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)小，盡管在微膠囊中添加高導(dǎo)熱材料進(jìn)行改性可以提升其導(dǎo)熱性能，但是往往也會帶來高電導(dǎo)率的問題，無法兼顧高傳熱性和電安全性。所以，開發(fā)一種換熱能力強(qiáng)、電安全性高的潛熱型功能流體用于燃料電池冷卻系統(tǒng)，對有效提高燃料電池?zé)峁芾砗洼敵鲂阅芫哂兄匾饬x。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種用于燃料電池冷卻的潛熱型功能流體及其制備方法，解決現(xiàn)有的燃料電池冷卻液換熱能力弱、電導(dǎo)率高的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種用于燃料電池冷卻的潛熱型功能流體，包括基液和添加劑，添加劑為核殼結(jié)構(gòu)的氮化硼@石蠟相變微膠囊，多孔/片狀氮化硼為殼體包裹在石蠟內(nèi)核的外部。

3、優(yōu)選的，所述基液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50％的乙醇水溶液。

4、優(yōu)選的，所述添加劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％-30％。

5、上述用于燃料電池冷卻的潛熱型功能流體的制備方法，包括以下步驟：

6、s1、將苯乙烯-馬來酸酐共聚物顆粒和氫氧化鈉粉末溶解于去離子水中，攪拌后得到黃色透明的乳化劑溶液；

7、s2、將石蠟、十六烷基三甲基溴化銨加入乳化劑溶液中，攪拌均勻得到穩(wěn)定的油/水相乳液；

8、s3、將多孔氮化硼與片狀氮化硼在無水乙醇中超聲分散，形成穩(wěn)定無沉淀的片狀/多孔氮化硼分散液；

9、s4、將片狀/多孔氮化硼分散液逐滴加入到油/水相乳液中，攪拌均勻得到相變微膠囊懸浮液；

10、s5、調(diào)節(jié)相變微膠囊懸浮液的ph值為酸性，過濾、清洗、干燥后得到相變微膠囊；

11、s6、將相變微膠囊加入乙醇水溶液中攪拌均勻，超聲分散后得到潛熱型功能流體。

12、優(yōu)選的，所述s1中，苯乙烯-馬來酸酐共聚物顆粒與氫氧化鈉粉末的質(zhì)量比為1:1-3，苯乙烯-馬來酸酐共聚物顆粒與去離子水的質(zhì)量比為1:10-20，在60℃-90℃條件下攪拌2h-4h。

13、優(yōu)選的，所述s2中，石蠟與十六烷基三甲基溴化銨的質(zhì)量比為5-8:1，石蠟與乳化劑的體積比為1:3-8，攪拌溫度為60℃-90℃，攪拌時間為0.5h-2h。

14、優(yōu)選的，所述s3中，所述片狀氮化硼與多孔氮化硼的質(zhì)量比為1:1-3，超聲分散時間為10min-50min。

15、優(yōu)選的，所述s4中，攪拌溫度為60℃-90℃，攪拌時間為2h-4h。

16、優(yōu)選的，所述s5中，采用檸檬酸調(diào)節(jié)ph值為4-5，干燥溫度為30℃-50℃優(yōu)選的，所述s6中，乙醇水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50％，乙醇水溶液采用無水乙醇和去離子水配置而成，攪拌溫度為20℃-40℃，攪拌時間為10min-50min，超聲時間為10min-50min。

17、本發(fā)明所述的用于燃料電池冷卻的潛熱型功能流體及其制備方法的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：

18、1、本發(fā)明采用乙醇作為潛熱型功能流體的基液，有效的提高了流體的換熱能力。

19、2、采用多孔/片狀氮化硼對石蠟進(jìn)行改性得到復(fù)合相變微膠囊，石蠟的熔點(diǎn)為58°，通過石蠟的相變提高了流體的潛熱和換熱系數(shù)，并且具有較低的電導(dǎo)率。以多孔氮化硼作為吸附石蠟的框架，以片狀氮化硼進(jìn)行補(bǔ)充封裝，利用π-π鍵相互作用實(shí)現(xiàn)二者的自組裝，形成一種片狀/多孔氮化硼的雜化殼，獲得導(dǎo)熱能力高、穩(wěn)定性好的新型相變微膠囊。

20、3、通過調(diào)整復(fù)合相變微膠囊添加劑的添加量，可以制備不同導(dǎo)熱性能的潛熱流體，滿足不同導(dǎo)熱需要。

21、4、本發(fā)明所述的流體能夠?qū)崿F(xiàn)高效冷卻，有助于改善燃料電池內(nèi)部的溫度均勻性，提高輸出性能。

22、下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

技術(shù)特征：

1.一種用于燃料電池冷卻的潛熱型功能流體，其特征在于：包括基液和添加劑，添加劑為核殼結(jié)構(gòu)的氮化硼@石蠟相變微膠囊，多孔/片狀氮化硼為殼體包裹在石蠟內(nèi)核的外部。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于燃料電池冷卻的潛熱型功能流體，其特征在于：所述基液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50％的乙醇水溶液。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于燃料電池冷卻的潛熱型功能流體，其特征在于：所述添加劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％-30％。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的一種用于燃料電池冷卻的潛熱型功能流體的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于燃料電池冷卻的潛熱型功能流體的制備方法，其特征在于：所述s1中，苯乙烯-馬來酸酐共聚物顆粒與氫氧化鈉粉末的質(zhì)量比為1:1-3，苯乙烯-馬來酸酐共聚物顆粒與去離子水的質(zhì)量比為1:10-20，在60℃-90℃條件下攪拌2h-4h。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于燃料電池冷卻的潛熱型功能流體的制備方法，其特征在于：所述s2中，石蠟與十六烷基三甲基溴化銨的質(zhì)量比為5-8:1，石蠟與乳化劑的體積比為1:3-8，攪拌溫度為60℃-90℃，攪拌時間為0.5h-2h。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于燃料電池冷卻的潛熱型功能流體的制備方法，其特征在于：所述s3中，所述片狀氮化硼與多孔氮化硼的質(zhì)量比為1:1-3，超聲分散時間為10min-50min。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于燃料電池冷卻的潛熱型功能流體的制備方法，其特征在于：所述s4中，攪拌溫度為60℃-90℃，攪拌時間為2h-4h。

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于燃料電池冷卻的潛熱型功能流體的制備方法，其特征在于：所述s5中，采用檸檬酸調(diào)節(jié)ph值為4-5，干燥溫度為30℃-50℃。

10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于燃料電池冷卻的潛熱型功能流體的制備方法，其特征在于：所述s6中，乙醇水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50％，乙醇水溶液采用無水乙醇和去離子水配置而成，攪拌溫度為20℃-40℃，攪拌時間為10min-50min，超聲時間為10min-50min。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種用于燃料電池冷卻的潛熱型功能流體及其制備方法，屬于燃料電池冷卻技術(shù)領(lǐng)域。用于燃料電池冷卻的潛熱型功能流體包括基液和添加劑，添加劑為核殼結(jié)構(gòu)的氮化硼@石蠟相變微膠囊，多孔/片狀氮化硼為殼體包裹在石蠟內(nèi)核的外部。基液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50％的乙醇水溶液，添加劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％?30％。功能流體的制備方法包括：制備乳化劑溶液，制備油/水相乳液，制備片狀/多孔氮化硼分散液，片狀/多孔氮化硼分散液與油/水相乳液混合，調(diào)節(jié)pH、過濾、干燥得到相變微膠囊，相變微膠囊與乙醇水溶液混合。采用本發(fā)明所述的用于燃料電池冷卻的潛熱型功能流體及其制備方法，能夠解決現(xiàn)有的燃料電池冷卻液換熱能力弱、電導(dǎo)率高的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：唐愛坤,張倩,蔡濤,周怡彬,陳科
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江蘇大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19