187-8112-5180

一、引言

在全球积极推动能源转型、追求绿色可持续发展的大背景下，氢燃料电池技术作为一种高效、清洁的能源转换方式，备受瞩目。氢燃料电池通过电化学反应将氢气和氧气的化学能直接转化为电能，过程中仅产生水，几乎不排放温室气体和污染物。然而，在电化学反应过程中，大量的热量会随之产生，这对氢燃料电堆的性能、寿命和安全性构成了严峻挑战。此时，氢燃料电堆冷却液应运而生，它承担着带走电堆热量、维持电堆稳定运行的关键使命，是保障氢燃料电池系统高效、可靠工作的核心要素之一。

二、氢燃料电堆冷却液的关键作用

（一）高效散热，维持电堆适宜工作温度

氢燃料电池电化学反应的效率通常在 50% - 60% 左右，这意味着有近一半的能量以热能形式释放。例如，一台额定功率为 100kW 的氢燃料电池电堆，在满负荷运行时，每小时产生的热量可达数十千瓦。若这些热量不能及时散发，电堆温度将迅速升高。当温度超过 80℃时，燃料电池内部的化学反应速率会发生改变，催化剂活性降低，质子交换膜的性能也会受到影响，导致电池输出功率下降、性能恶化。氢燃料电堆冷却液通过在电堆内部冷却通道中循环流动，能够快速吸收电堆产生的热量，并将其传递至散热器，确保电堆工作温度稳定在适宜区间（一般为 60 - 70℃），维持电堆的高效运行。

（二）保障电堆性能稳定，延长使用寿命

温度的剧烈波动和过高温度不仅会降低电堆性能，还会加速电堆内部部件的老化和损坏。以质子交换膜为例，长期处于高温环境下，质子交换膜会发生脱水、膜变薄甚至破裂等问题，严重影响电堆的使用寿命。而氢燃料电堆冷却液能够有效稳定电堆温度，减少温度波动对电堆内部材料和结构的损害。同时，冷却液中的添加剂能够在金属部件表面形成保护膜，抑制金属的腐蚀和氧化，如对电堆中的双极板、流道等金属部件起到良好的防护作用，从而延长电堆整体的使用寿命，降低设备维护成本。

（三）确保电堆安全运行，降低潜在风险

在氢燃料电池系统中，电堆工作在高电压环境下。若冷却液具有较高的电导率，一旦发生泄漏，冷却液可能成为导电介质，引发短路故障，甚至可能导致火灾等严重安全事故。氢燃料电堆冷却液具有极低的电导率，一般要求在 5μS/cm 以下，部分高性能产品甚至更低。这种低电导率特性能够有效阻断电流传导路径，即使在冷却液泄漏的极端情况下，也能最大程度保障电堆的电气安全，降低系统运行风险。

三、氢燃料电堆冷却液的特殊性能要求

（一）极低的电导率

如前文所述，低电导率是氢燃料电堆冷却液的关键性能指标。为实现这一特性，冷却液通常采用经过深度提纯的去离子水作为基础液，并添加特殊的缓蚀剂和稳定剂。这些添加剂在保证冷却液具备良好散热和防护性能的同时，不会增加其电导率。通过精确控制生产工艺和质量检测流程，确保冷却液的电导率始终维持在安全范围内，满足氢燃料电堆高电压环境下的电气绝缘要求。

（二）高比热容和良好的导热系数

高比热容使冷却液能够吸收大量热量而自身温度升高较小，能够持续稳定地为电堆散热。良好的导热系数则有助于冷却液迅速将吸收的热量传递到散热器，提高散热效率。例如，某些高性能氢燃料电堆冷却液的比热容可达 4.2kJ/(kg・K) 以上，导热系数在 0.5W/(m・K) 左右，这些优秀的热性能参数使其能够高效地完成散热任务，保障电堆温度的稳定。

（三）宽温度适应性

氢燃料电池应用场景广泛，从寒冷的极地地区到炎热的沙漠地带都有可能部署。这就要求氢燃料电堆冷却液具备宽温度适应性，在低温环境下不凝固、保持良好的流动性，在高温环境下不沸腾、不分解。一般来说，冷却液的冰点需低于 - 40℃，沸点要高于 120℃，以确保在各种极端温度条件下，都能正常为电堆提供冷却服务。

（四）优异的化学稳定性

在氢燃料电池系统中，冷却液需要长期与电堆内部的多种金属和非金属材料接触，同时还会受到温度变化、电化学反应等因素的影响。因此，氢燃料电堆冷却液必须具备优异的化学稳定性，不会与电堆材料发生化学反应，避免对材料造成腐蚀、溶胀或老化等损害。冷却液中的添加剂应具有良好的抗氧化性能，防止在长期使用过程中被氧化变质，影响冷却液的性能和电堆的正常运行。

（五）良好的材料兼容性

氢燃料电堆内部包含多种不同材质的部件，如金属双极板（包括不锈钢、铝合金等）、石墨双极板、质子交换膜、橡胶密封件等。氢燃料电堆冷却液需要与这些材料具有良好的兼容性，确保在长期接触过程中，不会对任何一种材料产生不良影响。例如，冷却液不能导致质子交换膜的质子传导率下降，也不能使橡胶密封件失去弹性或发生溶胀，以维持电堆系统的密封性能和整体可靠性。

四、氢燃料电堆冷却液的工作原理

氢燃料电堆冷却液的工作依赖于一套完整的冷却循环系统，该系统主要由循环泵、冷却管道、散热器、温度传感器和控制系统等部分组成。

循环泵作为动力源，推动氢燃料电堆冷却液在封闭的冷却管道中循环流动。当电堆工作产生热量时，低温冷却液首先流入电堆内部的冷却通道。这些冷却通道设计在电堆的关键发热部位，如双极板之间。冷却液通过热传导和对流的方式，迅速吸收电堆产生的热量，自身温度逐渐升高。

升温后的冷却液被输送至散热器，散热器根据不同的设计和应用场景，可采用风冷、液冷或蒸发冷却等方式进行散热。在风冷散热器中，风扇加速空气流动，使冷却液与空气充分接触，将热量散发到周围环境中；液冷散热器则借助另一组低温冷却液或冷却水，通过热交换器实现热量的转移；蒸发冷却方式则利用冷却液蒸发时吸收大量热量的特性，实现高效散热。经过散热后的冷却液温度降低，重新回到循环泵，再次被输送到电堆，如此循环往复，持续为电堆散热降温。

温度传感器实时监测冷却液和电堆关键部位的温度，并将数据传输给控制系统。控制系统根据预设的温度阈值，自动调节循环泵的转速、散热器的散热强度等参数。当温度超过设定上限时，控制系统会提高循环泵转速，加大冷却液流量，同时增强散热器的散热能力；当温度降低至正常范围时，控制系统则适当降低循环泵转速，以降低能耗，实现冷却系统的智能、高效运行。

五、氢燃料电堆冷却液与传统冷却液的区别

（一）性能侧重点不同

传统冷却液，如汽车发动机冷却液，主要关注防冻、防沸、防腐等基本性能，以满足发动机在不同温度环境下的正常工作需求。其电导率相对较高，一般在几百至数千 μS/cm 之间，对电气绝缘性能要求较低。而氢燃料电堆冷却液则将低电导率作为核心性能指标，同时在散热性能、化学稳定性和材料兼容性等方面也有更为严苛的要求，以适应氢燃料电池高电压、复杂化学反应和多种材料共存的工作环境。

（二）成分和配方差异

传统冷却液多以乙二醇或丙二醇为基础液，添加少量的防冻剂、缓蚀剂、消泡剂等常规添加剂。氢燃料电堆冷却液为满足特殊性能要求，基础液通常采用深度提纯的去离子水，且添加剂配方更为复杂和精细。除了添加高性能缓蚀剂、抗氧化剂外，还可能包含特殊的稳定剂、抗静电剂等，以确保冷却液在极低电导率的同时，具备良好的热性能、化学稳定性和材料兼容性。

（三）应用场景和要求不同

传统冷却液主要应用于汽车发动机、工业设备等常规动力系统的冷却，工作环境相对稳定，温度和电气环境变化较小。氢燃料电堆冷却液则专门应用于氢燃料电池系统，该系统工作时涉及高电压、强电流以及复杂的电化学反应，对冷却液的性能和可靠性要求极高。同时，氢燃料电池应用场景广泛，涵盖交通运输、分布式发电、储能等领域，不同场景对冷却液的适应性也提出了多样化的挑战，这是传统冷却液所无法满足的。

六、氢燃料电堆冷却液的使用与维护要点

（一）正确选择冷却液

根据氢燃料电堆的型号、功率大小、工作环境以及制造商的技术要求，选择合适的氢燃料电堆防冻液。仔细查看冷却液的产品说明书，确认其电导率、冰点、沸点、比热容、导热系数、化学稳定性、材料兼容性等关键性能指标是否符合电堆的使用需求。同时，选择正规厂家生产、质量可靠的产品，避免因使用劣质冷却液对电堆造成损害。

（二）定期检测与更换

尽管氢燃料电堆冷却液具有较长的使用寿命，但在长期使用过程中，其性能会逐渐下降。建议每隔 1 - 2 年对冷却液进行全面检测，检测项目包括电导率、冰点、沸点、pH 值、腐蚀率等。当检测发现冷却液的电导率超过规定上限，或其他性能指标不符合要求时，应及时更换冷却液，以保证冷却系统的正常运行和电堆的安全。

（三）防止冷却液泄漏与污染

定期检查冷却系统的管道、接头、散热器等部件，查看是否有冷却液泄漏现象。若发现泄漏，应及时查找泄漏点并进行修复，避免冷却液不足影响散热效果，同时防止泄漏的冷却液对周围环境和设备造成损害。在储存和使用冷却液过程中，要严格防止冷却液受到污染。储存冷却液的容器应保持清洁、密封，避免杂质、水分和其他化学物质混入。添加冷却液时，使用专用的清洁工具，防止异物进入冷却系统。此外，不同品牌、不同型号的氢燃料电堆冷却液不能随意混用，以免发生化学反应，影响冷却液的性能。

（四）关注冷却系统维护

除了冷却液本身，氢燃料电堆的冷却系统其他部件也需要定期维护。清理散热器表面的灰尘和杂物，保证散热器的散热效果；检查循环泵的工作状态，确保其能够提供足够的动力推动冷却液循环；检测温度传感器和控制系统的准确性，确保冷却系统能够根据电堆温度变化自动调节运行参数。及时发现并处理冷却系统的故障和隐患，有助于延长冷却液的使用寿命，提高氢燃料电堆的性能和可靠性。

七、结语

氢燃料电堆冷却液作为氢燃料电池系统的关键组成部分，在推动氢能产业发展中发挥着不可替代的作用。随着氢燃料电池技术的不断进步和应用场景的日益拓展，对氢燃料电堆冷却液的性能要求也将不断提高。未来，需要持续加强相关技术研发，优化冷却液的成分和配方，提升其在低电导率、散热性能、化学稳定性等方面的表现，以适应新型氢燃料电堆和更复杂应用环境的需求。同时，氢燃料电池系统的使用者和维护人员应充分了解氢燃料电堆冷却液的特点和使用维护要点，正确选择、使用和维护冷却液，为氢燃料电池系统的安全、高效运行提供有力保障，助力氢能产业在全球能源绿色转型中发挥更大的作用。