WO2004042856A1 - 燃料電池用冷却液組成物 - Google Patents

Abstract

本発明は、燃料電池、特には自動車用燃料電池の冷却に使用される冷却液組成物に関するものであり、該組成物は、２級アルコール類、３級アルコール類、および２級アルコール類または３級アルコール類の誘導体の中から選ばれる１種または２種以上、若しくはそれらの水溶液からなる基剤を用いたことを特徴としており、低導電性および不凍性に優れると共に、長期使用においても低導電性を維持することができる。

Description

糸田 · 燃料電池用冷却液組成物 技術分野

本発明は、 燃料電池、 特には自動車用燃料電池の冷却に使用される冷却液組成 物に関し、 詳細には低導電性および不凍性に優れ、 かつ長期使用においても低導 電性を維持する燃料電池用冷却液組成物に関する。 背景技術

燃料電池は、 一般に発電単位である単セルとセパレータとが交互に積層した多 層構造のスタックによって構成されている。 また、 発電時にはスタックから熱が 発生するので、 スタック温度を一定に保っため、 数セル毎にスタックを冷却する ための冷却板が挿入されていた。 冷却板内部には冷却液通路が形成されており、 この通路を冷却液が流れることにより、スタックが冷却されるようになっていた。 このように、 燃料電池の冷却液は、 発電を実行しているスタック内を循環して 該スタックを冷却するため、 冷却液の電気伝導率が高いと、 スタックで生じた電 気が冷却液側へと流れて電気を損失し、 該燃料電池における発電力を低下させる ことになる。 このため、 従来の燃料電池の冷却液には、 スタック外部への漏電を防ぐために 導電性が低い、 換言すれば電気絶縁性が高い純水が使用されていた。 ところが、 例えば自動車用燃料電池など、 間欠運転型燃料電池の場合、 非作動 時に冷却液は周囲の温度まで低下してしまう。 特に氷点下での使用可能性がある 場合、 純水では凍結してしまい、 冷却液の体積膨張による冷却板の破損など、 燃 料電池の電池性能を損なう恐れがあった。 また、自動車用燃料電池等の冷却システムを考慮した場合、軽量化の観点から、 冷却板や熱交換器などにはアルミ系材料が使用されることが予測される。 アルミ 系材料は防鲭性に乏しく、 腐食を発生し易く、 腐食が発生した場合、 導電率が上 昇することになる。 このような事情から、 燃料電池、 特には自動車用燃料電池の冷却液には、 低導 電性、 不凍性及び防鲭性が要求されていた。 また、 従来の別の燃料電池の冷却液として、 特開 2 0 0 0— 1 6 4 2 4 4号公 報に記載のものがある。 この冷却液は、 基剤中にアルキルダルコシドなどの添カロ 剤を添加することで、 該冷却液の導電率を低導電率に維持するようにしたもので ある。 ところがこの冷却液にあっては、 基剤中にアルキルダルコシドなどの添加剤を 添加しても、 長期使用において該冷却液の導電率を低導電率に維持するのに十分 ではなかった。 本発明者は、 上記技術的課題に鑑み、 鋭意研究を重ねた結果、 本発明を完成す るに至ったものである。 すなわち本発明は、 低導電性および不凍性に優れ、 かつ 長期使用においても低導電性を維持する燃料電池用冷却液組成物を提供すること を目的とするものである。 また本発明の別の目的は、 低導電性、 不凍性および防鲭性に優れ、 かつ長期使 用においても低導電性を維持する燃料電池用冷却液組成物を提供することであ る。 発明の開示

以下、 本発明の燃料電池用冷却液組成物 （以下、 単に組成物という） をさらに 詳しく説明する。 本発明の組成物は、 燃料電池、 特には自動車用燃料電池の冷却 に使用される冷却液組成物に関するものであり、 2級アルコール類、 3級アルコ ール類、 および 2級アルコール類または 3級アルコール類の誘導体の中から選ば れる 1種または 2種以上、 若しくはそれらの水溶液からなる基剤を用いたことを 特徴としている。 燃料電池の冷却に使用される冷却液組成物における基剤には、低導電性であり、 かつ不凍性に優れるものが求められる。 本発明の組成物では、 このような要求を 十分に満たす基剤として、 2級アルコール類、 3級アルコール類、 および 2級ァ ルコール類または ₃級アルコール類の誘導体の中から選ばれる 1種または 2種以 上、 若しくはそれらの水溶液からなるものを用いた。 上記基剤は、 低導電性および不凍性に優れると共に、 長期使用においても導電 性の上昇が小さいという優れた作用効果を奏するものであり、 前記 2級アルコー ル類、 3級アルコール類、 および 2級アルコール類または 3級アルコール類の誘 導体の中でも、 2級アルコール類または 3級アルコール類の 1価アルコール、 あ るいは 2級アルコール類または 3級アルコール類の多価アルコール、 若しくはそ の誘導体の中から選ばれる 1種若しくは 2種以上を好ましい例として挙げること ができる。

2級アルコール類または 3級アルコール類の 1価アルコールとしては、 例えば 2—プロパノーノレ、 2 _ブタノ一ノレ、 tert ーブタノ一ノレ、 2—ペンタノ一ノレ、 3 一ペンタノール、 2—メチノレ一 2 _プロパノール、 3—メチノレ _ 2—プロパノー ル、 2一へキサノーノレ、 3一へキサノーノレ、 2ーメチノレ一 2—ペンタノ一ノレ、 3 一メチル _ 2—ペンタノール、 4ーメチルー 2 _ペンタノール、 2—メチルー 3 一ペンタノ一ノレ、 3—メチノレ一3—ペンタノ一ノレ、 2—ヘプタノール、 3—ヘプ タノール、 4一へプタノール、 2—ォクタノール、 3—ォクタノール、 および 4 —ォクタノールのいずれかを挙げることができる。

2級アルコール類または 3級アルコール類の多価アルコール、 若しくはその誘 導体としては、 例えば 1， 2—プロパンジオール、 グリセリン、 1 , 2—ブタン ジオール、 1， 3—ブタンジオール、 2， 3—ブタンジオール、 1， 2， 3—ブ タントリオール、 1 , 2， 4一ブタントリオール、 2—メチル _ 1， 2—プロパ ンジオール、 2—メチルー 1， 2， 3—プロパントリオール、 1， 2—ペンタン ジオール、 1， 3一ペンタンジォ一ノレ、 1 , 4一ペンタンジォーノレ、 2， 3—ぺ ンタンジオール、 2 , 4—ペンタンジォ一ノレ、 2—メチノレー 1， 2—ブタンジォ ール、 3—メチルー 1， 2—ブタンジオール、 2—メチル一 1 , 3—ブタンジォ 一ノレ、 3ーメチノレー 1， 3—ブタンジオール、 2—メチル _ 2， 3—ブタンジォ ール、 ポリイソプロピレングリコール、 ポリイソブチレングリコール、 ポリ一 1 ーメチルー 1 , 3—プロパンジオール、 およびそれらのメチル、 ェチル、 プロピ ル、 プチル、 ペンチル、 あるいはへキシルエーテル、 またはホルム、 メチル、 ェ チル、 プロピル、 ブチル、 ペンチル、 あるいはへキシルエステルのいずれかを挙 げることができる。

2級アルコール類または 3級アルコール類の多価アルコールの中でも、 2， 3 一ブタンジォーノレ、 2， 3—ペンタンジォーノレ、 2 , 4 _ペンタンジォーノレ、 お よび 2—メチルー 2 , 3—ブタンジオールは、 上記 2級アルコール類または 3級 アルコール類の 1価アルコールと同じく、 導電性の上昇が小さいという点でより 好ましい。 また本発明の組成物における基剤は、 前記 2級アルコール類または 3級アルコ ール類の 1価アルコールから選ばれる 1種若しくは 2種以上と、 2級アルコール 類または 3級アルコール類の多価アルコール、 若しくはその誘導体から選ばれる 1種若しくは 2種以上とを併用した形態を採ることもできる。 また本発明の組成物には、 さらに防鲭添加剤を含ませることができる。 防鲭添 加剤としては特に限定されず、 従来より公知の防鲭添加剤を使用することができ るが、 上記基剤中に添加したとき、 該組成物の導電率を 1 0 μ S / c m以下に維 持でき、 かつ長期に亘つて使用した場合でも、 導電率の変動を 0〜 1 0 μ S / c mの範囲内に維持できるものがより望ましい。 このような防鲭添加剤としては、 基剤の酸ィヒを抑制して、 冷却液組成物の導電 率の上昇を防止する物質、 又は冷却システム内に溶出するイオンを封鎖して、 前 記冷却液組成物の導電率の上昇を防止する物質を挙げることができる。 基剤の酸化を抑制して、 導電率の上昇を防止する物質としては、 例えばフエノ ーノレスノレホン酸、 クロ口フエノーノレ、 ニトロフエノーノレ、 ブロモフエノーノレ、 ァ ミノフエノ一ノレ、 ジヒ ドロキシベンゼン、 才キシン、 ヒ ドロキシァセトフエノン、 メ トキシフエノーノレ、 2， 6—ジ一 t e r t—ブチノレー p—クレゾーノレ、 t e r tーブチノレ _ 4—メ トキシフエノーノレ、 2 , 6—ジ一 t e r t—プチノレ一 4ーェ チノレフエノーノレ、 4， 4—ブチリデンビス一 （3—メチノレー 6— t e r t—ブチ ノレフエノーノレ）、 2 , 2—メチレンビス一 （4—メチノレ一 6 _ t e r t —プチノレ フエノール、 2 , 2一ビス ( p—ヒ ドロキシフエ二ノレ) プロパンの中から選ばれ る 1種若しくは 2種以上からなるフエノール化合物を挙げることができる。 イオンを封鎖して、 導電率の上昇を防止する物質としては、 炭化水素カルボ二 ル化合物、 アミド化合物、 イミド化合物、 及びジァゾール化合物のいずれかを挙 げることができる。 炭化水素カルボニル化合物としては、 例えば 2 , 4—ペンタンジオン、 3 _メ チル一 2， 4 _ペンタンジオン、 3—ェチノレ一 2， 4 _ペンタンジオン、 3—プ 口ピノレー 2， 4一ペンタンジオン、 3一 n—ブチノレ— 2 , 4一ペンタンジオン、 2 , 3—ヘプタンジオン、 2， 5—へキサンジオン、 フタルアルデヒ ド、 ベンズ アルデヒ ド、 ジヒ ドロキシベンズアルデヒ ド、 ペンタノン、 2—ァセチノレシクロ ペンタノン、 シク口へキサノン、 シクロへキサンジオン、 2 , 2 , 6， 6—テト ラメチル _ 3， 5—ヘプタンジオンの中から選ばれる 1種若しくは 2種以上から なるものを挙げることができる。 アミド化合物としては、 例えばべンズアミド、 メチルベンズアミド、 ニコチン 酸アミ ド、 ピコリン酸アミド、 アントラニルアミド、 コハク酸アミド、 シユウ酸 ジアミド、 ァセトアミド、 2—ピロリ ドン、 力プロラクタムの中から選ばれる 1 種若しくは 2種以上からなるものを挙げることができる。 ィミ ド化合物としては、 例えばコハク酸ィミ ド、 フタル酸ィミ ド、 マレイン酸 イミド、 グルタル酸イミド、 1 , 8—ナフタルイミド、 ァロキサン、 プルプル酸 の中から選ばれる 1種若しくは 2種以上からなるものを挙げることができる。 ジァゾール化合物としては、 例えばィミダゾリン、 1， 3—ジァゾール、 メル カプトイミダゾリン、 メルカプトイミダゾール、 ベンズィミダゾール、 メルカプ トベンズィミダゾーノレ、 メチノレイミダゾーノレ、 ジメチノレイミダゾーノレ、 ィミダゾ 一ノレ一 4， 5—ジカルボン酸、 1， 2—ジァゾール、 メチルピラゾールの中から 選ばれる 1種若しくは 2種以上からなるものを挙げることができる。 防鲭添加剤の含有量としては、 基剤に対し、 0 . 0 0 1〜1 0 . 0重量％の範 囲とするのが望ましい。 上記範囲よりも防鲭添加剤の含有量が少ない場合には、 充分な防鲭カを得ることができず、 上記範囲よりも防鲭添加剤の含有量が多い場 合には、 増えた分だけの効果が得られず、 不経済となる。 なお、 本発明の組成物には、 前記の成分以外に例えば消泡剤、 着色剤等を含有 させても良いし、 他の従来公知の防鲭添加剤である、 モリプデン酸塩、 タングス テン酸塩、 硫酸塩、 硝酸塩及び安息香酸塩などを該組成物の低導電率を阻害しな い範囲で併用しても良い。 本発明を実施する最良の態様

以下、 本発明の組成物を実施例に従いさらに詳しく説明する。 下記表 1には、 本発明の組成物の好ましい実施例として実施例 1〜 4を示すとともに、 比較とし て、 イオン交換水を基剤とし、 これに不凍性を持たせる目的でエチレングリコー ルを添加したもの （比較例 1)、 イオン交換水に 1一プロパノールを添加したも の （比較例 2)、 イオン交換水に 1, 4一ブタンジオールを添加したもの （比較 例 3)、 イオン交換水にエチレングリコールを添加し、 さらに組成物の導電率を 低導電率に維持する目的でアルキルダルコシドを添加したもの （比較例 4)、 お よび従来技術であるイオン交換水のみ （比較例 5) を挙げた。

(以下余白）

表 1 (重量％)

上記表 1に示す実施例 1〜 4、 並びに比較例 1〜5の各組成物について、 導電 率（ 37じ 111)、 耐久試験後の導電率（μ Sノ c m)、 および凍結温度 （°C) を測 定した。 その結果を表 2に示す。 尚、 耐久試験後の導電率の測定に関し、 通常、 燃料電池を冷却する冷却液の液温は 8 0 °C程度であるが、 加速を目的として耐久 試験では 1 2 0 °Cに加熱し、 1 6 8時間後の導電率を測定した。 表 2

表 2から、 実施例 1および実施例 2に示す 2級アルコ一ル類または 3級アルコ 一ル類を用いた組成物の耐久性試験後の導電率は、 1級アルコール類を用いた比 較例 1〜3の組成物と比較して、 導電率の上昇が小さいという結果が見られ、 長 期使用において低導電性を維持することが確認された。 また、 組成物の導電率を 低導電率に維持するようにした従来技術としての比較例 4の組成物と対比したと き、 同じ添加剤を添カ卩した実施例 3の組成物は、 導電率の上昇が小さいという結 果が見られ、 実施例 3に係る組成物が従来技術に比較して長期使用において低導 電性に優れていることが確認された。 さらに比較例 5に示すように、 イオン交換 水のみからなる組成物については、 導電率の上昇は小さいものの、 凍結温度が 0 °Cと高く、 寒冷地での使用時に不具合が発生する恐れがあることが確認された。 これに対し、 実施例 1〜 4の組成物の場合、 いずれも氷点以下の凍結温度となつ ており、 寒冷地での使用にも十分に対応できることが確認された。 発明の効果

本発明の組成物は、 2級アルコール類、 3級アルコール類、 および 2級アルコ ール類または 3級アルコール類の誘導体の中から選ばれる 1種または 2種以上、 若しくはそれらの水溶液からなる基剤を用いたことから、 低導電性および不凍性 に優れると共に、 長期使用においても低導電性を維持することができる。

Claims

言青求の範囲

1 . 燃料電池を冷却する冷却液組成物であって、 2級アルコール類、 3級アル コール類、 および 2級アルコール類または 3級アルコール類の誘導体の中から選 ばれる 1種または 2種以上、 若しくはそれらの水溶液からなる基剤を用いたこと を特徴とする、長期使用においても低導電性を維持する燃料電池用冷却液組成物。

2 . 基剤が、 2級アルコール類または 3級アルコール類の 1価アルコールの中 から選ばれる 1種若しくは 2種以上であることを特徴とする請求項 1記載の燃料 電池用冷却液組成物。

3 . 2級アルコール類または 3級アルコール類の 1価アルコールが、 2—プロ パノーノレ、 2—ブタノ一ノレ、 tert —ブタノ一ノレ、 2—ペンタノール、 3—ペンタ ノール、 2 _メチル一2—プロパノール、 3—メチルー 2—プロパノール、 2— へキサノーノレ、 3—へキサノール、 2—メチノレ一 2—ペンタノール、 3—メチノレ 一 2—ペンタノ一ノレ、 4—メチノレー 2—ペンタノ一ノレ、 2—メチノレ一 3—ペンタ ノーノレ、 3—メチノレ一 3—ペンタノ一ノレ、 2—ヘプタノ一ノレ、 3—ヘプタノ一ノレ、 4—ヘプタノール、 2—ォクタノール、 3—ォクタノール、 および 4—ォクタノ ールのいずれかであることを特徴とする請求項 2記載の燃料電池用冷却液組成 物。

4 . 基剤が、 2級アルコール類または 3級アルコール類の多価アルコール、 若 しくはその誘導体の中から選ばれる 1種若しくは 2種以上であることを特徴とす る請求項 1記載の燃料電池用冷却液組成物。

5 . 2級アルコール類または 3級アルコール類の多価アルコール、 若しくはそ の誘導体が、 1 , 2—プロパンジオール、 グリセリン、 1， 2一ブタンジオール、 1 , 3—ブタンジオール、 2， 3—ブタンジオール、 1， 2 , 3—ブタントリオ ール、 1， 2， 4一ブタントリオール、 2—メチルー 1， 2—プロパンジオール、 2—メチノレ _ 1， 2 , 3—プロパントリオール、 1 , 2—ペンタンジォーノレ、 1，

3—ペンタンジォーノレ、 1 , 4—ペンタンジォーノレ、 2 , 3 _ペンタンジォーノレ、 2， 4一ペンタンジオール、 2—メチノレー 1， 2—ブタンジオール、 3—メチル - 1 , 2—ブタンジオール、 2—メチルー 1， 3—ブタンジオール、 3—メチル — 1， 3—ブタンジオール、 2—メチルー 2， 3—ブタンジオール、 ポリイソプ 口ピレンダリコール、 ポリイソブチレングリコ一ノレ、 ポリ一 1—メチノレー 1， 3 一プロパンジオール、 およびそれらのメチル、 ェチル、 プロピル、 プチル、 ペン チノレ、 あるいはへキシルエーテル、 またはホルム、 メチノレ、 ェチル、 プロピル、 ブチル、 ペンチル、 あるいはへキシルエステルのいずれかであることを特徴とす る請求項 4記載の燃料電池用冷却液組成物。

6 . 2級アルコール類または 3級アルコール類の多価アルコールが、 2 , 3 - ブタンジォ一ノレ、 2 , 3—ペンタンジオール、 2 , 4—ペンタンジォ一ノレ、 2 - メチルー 2， 3一ブタンジオールのレ、ずれかであることを特徴とする請求項 4記 载の燃料電池用冷却液組成物。

7 . 基剤が、 2級アルコール類または 3級アルコール類の 1価アルコールから 選ばれる 1種若しくは 2種以上と、 2級アルコール類または 3級アルコール類の 多価アルコール、 若しくはその誘導体から選ばれる 1種若しくは 2種以上とから なることを特徴とする請求項 1記載の燃料電池用冷却液組成物。

8 . さらに防鲭添加剤を含有することを特徴とする請求項 1〜 7記載の燃料電 池用冷却液組成物。