199-8108-8845

氢燃料电堆通过氢气与氧气的电化学反应产生电能，这一过程中约 50% 的能量以热能形式释放。冷却液/防冻液作为热管理系统的核心介质，需在 - 40℃至 100℃的极端温度范围内维持稳定性能，确保电堆工作温度控制在 70-80℃的理想区间。其关键功能包括：

1.热交换效率：冷却液/防冻液需具备高比热容与导热系数，以快速带走电堆余热。例如，水 - 乙二醇基冷却液/防冻液的比热容可达 3.5-4.2 kJ/(kg・K)，是空气冷却效率的 30 倍以上。

2.电导率控制：行业标准要求冷却液/防冻液电导率低于 5 μS/cm，实际应用中需控制在 2 μS/cm 以下，以避免电堆短路风险。

3.材料兼容性：冷却液/防冻液需与不锈钢、铝合金等电堆金属部件及三元乙丙橡胶等密封材料长期稳定共存，防止腐蚀与泄漏。

二、技术指标与行业标准

国内外针对氢燃料电堆冷却液/防冻液已形成明确的技术规范：

1.中国团体标准：中国石化长城润滑油发布的《氢燃料电池冷却液/防冻液》团体标准（2021 年实施）规定，冷却液/防冻液电导率需≤5 μS/cm，pH 值范围为 7.5-11，沸点≥105℃，冰点≤-35℃。

2.国际标准：ASTM D8485（2024 年发布）针对电动汽车与燃料电池冷却液/防冻液的测试方法，新增了金属腐蚀、电导率稳定性等评估指标。

3.性能参数：

①电导率：采用铂电极传感器实时监测，精度需达到 0.01 μS/cm。

②pH 值：通过缓冲剂（如硼酸盐）维持中性环境，防止酸性腐蚀。

3.热稳定性：在 80℃连续运行 1000 小时后，冷却液/防冻液粘度变化率需≤10%。

三、冷却液/防冻液类型与特性分析

根据基础液成分与功能特性，氢燃料电堆冷却液可分为三大类：

1.去离子水

①优势：成本低、比热容高（4.18 kJ/(kg・K)）、环境友好。

②局限：冰点高（0℃）、易滋生微生物，需配合去离子装置使用。

2.乙二醇基冷却液/防冻液

①配方：乙二醇（30%-50%）+ 去离子水 + 缓蚀剂（如苯并三氮唑）。

②特性：冰点可低至 - 50℃，沸点提升至 108℃，但电导率较高（约 10 μS/cm），需定期更换。

3.硅油基冷却液/防冻液

①优势：绝缘性能优异（电阻率 > 10^12 Ω・cm）、化学稳定性强，适用于高压电堆。

②局限：导热系数低（0.13 W/(m・K)），需配合强化传热结构。

4.新型材料

①聚酰胺（PA）：道默化学研发的 TECHNYL® 材料可将离子迁移率降低 90%，延长冷却液/防冻液寿命 5-6 倍。

②纳米流体：Al2O3 - 水基纳米冷却液/防冻液可提升热导率 15%-20%，但需解决颗粒团聚问题。

四、循环系统设计与热管理策略

1.冷却回路类型

①单回路系统：冷却液/防冻液直接流经电堆，结构简单但散热效率有限，适用于 5kW 以下电堆。

②双回路系统：采用板式换热器分离主副回路，可实现精确温度控制，典型案例为康明斯 HSA0009000 冷却方案。

③相变冷却：通过蒸发冷却（如去离子水蒸发）或热管技术，实现高效散热，温差控制在 5℃以内。

2.关键部件

①去离子器：采用离子交换树脂吸附杂质，可将电导率从 50 μS/cm 降至 2 μS/cm 以下。

②节温器：根据冷却液/防冻液温度自动调节大循环 / 小循环流量，响应时间 < 10 秒。

③在线监测：Daru If Uno 等厂商开发的电导率传感器，可实时监测并预警异常波动。

五、维护管理与故障诊断

1.定期检测

①电导率：每 500 小时或 5000 公里检测一次，超标时需更换冷却液/防冻液。

②pH 值：每月检测，偏离 7.5-11 范围时需添加缓冲剂。

③腐蚀测试：采用 ASTM D1384 标准，监测金属试片失重率，允许值≤0.1 mg/cm²。

2.故障排查

①温度异常：若电堆进出口温差 > 10℃，可能由流道堵塞或泵故障引起。

②电导率升高：可能因去离子器失效或管路老化导致离子析出。

③泄漏风险：使用荧光检漏剂检测密封件老化，更换周期建议为 2 年。

六、行业趋势与技术展望

1.材料创新

①陶瓷基冷却液/防冻液：清华大学研发的量子激发态陶瓷膜，可提升热导率 30% 并抑制离子迁移。

②生物基冷却液/防冻液：统一石化等企业开发的可降解冷却液/防冻液，碳足迹降低 40%。

2.智能化监测

①AI 预测维护：通过机器学习分析历史数据，预测冷却液/防冻液寿命与故障风险。

②无线传感网络：瑞士瑞科拓公司的智能管理器，可实时上传电导率、温度数据至云端。

3.标准升级

①国际协同：ASTM 与中国 GB 标准逐步统一测试方法，推动全球技术互认。

②能效要求：欧盟 ELV 指令要求冷却液/防冻液可回收率≥95%，加速环保型产品普及。

结论

氢燃料电堆冷却液/防冻液的技术发展直接影响燃料电池系统的可靠性与经济性。未来，随着材料科学与智能化技术的突破，冷却液/防冻液将向超低电导率、长寿命、高兼容性方向演进。企业需关注行业标准动态，优化配方设计与维护策略，以应对氢能源产业快速发展带来的技术挑战。