一种混合动力汽车用复合纳米冷却液及其制备工艺和应用

本发明属于新能源汽车冷却液，具体涉及一种混合动力汽车用复合纳米冷却液及其制备工艺和应用。

背景技术：

1、混合动力汽车是由发动机和动力电池两种动力源提供动力。使发动机和动力电池在最佳的工作温度下长时间运行，能显著提高发动机的有效热效率及动力电池的安全性。相比于传统冷却液(例如水、乙二醇)，纳米冷却液具有更高的导热性能，因此，将具备高效热传输性能的纳米冷却液应用于发动机、动力电池的热管理系统，是改善混合动力汽车经济性、安全性与耐久性的重要途径之一。

2、纳米冷却液是在传统冷却液的基础上添加固体颗粒，固体颗粒一般包括金属(au、ag、cu等)，金属氧化物(al2o3、cuo、zno、mno2)、碳化物(sic等)及碳材料(碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯、生物炭等)，这些材料导热系数有些是传统冷却液的成百倍，然而，单一纳米颗粒的添加通常在改善传热性能上有一定局限性。混合纳米冷却液是由两种以上不同类型的纳米颗粒组成，具有协同效应，结合了多种纳米材料的优点，比普通纳米冷却液表现出更好的热传输特性。

3、目前，纳米冷却液的制备方法有一步法和两步法两种。一步法是在制备纳米冷却液时直接将纳米颗粒分散到基础液中。单步法的优点是纳米冷却液分散性较好、悬浮稳定性较高，因无额外的分散步骤使纳米粒子团聚减少；缺点是纳米冷却液制备成本过高、生产设备复杂、无法进行大规模生产、纳米粒子的粒径分布较难控制。两步法是先制备出纳米材料和基液，然后采用不同的分散方法将纳米颗粒分散到基液中。两步法的优点是制备工艺简单、生产成本低、适合大规模生产。但两步法制备的纳米冷却液稳定性不如单步法，一般在静置一段时间后会发生团聚、沉降，如何制备得到长期稳定的纳米冷却液是主要的技术挑战。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种混合动力汽车用复合纳米冷却液及其制备工艺和应用，解决现有技术中两步法制得的纳米冷却液稳定性较差的技术问题。

2、为达到上述技术目的，本发明提供的技术方案是：

3、第一方面，本发明提供一种混合动力汽车用复合纳米冷却液的制备工艺，包括以下步骤：

4、(1)对生物炭进行预处理得到生物炭纳米颗粒，所述预处理包括机械球磨和冷冻干燥中至少一种；

5、(2)将生物炭纳米颗粒和金属氧化物加入到冷却液中进行均质处理，得到复合纳米冷却液。

6、优选的，当预处理包括机械球磨和冷冻干燥中至少一种时，将生物炭纳米颗粒和金属氧化物分别加入到冷却液中进行均质处理，得到第一冷却液和第二冷却液；将第二冷却液以滴入速率为0.01～0.5ml/min滴入第一冷却液中，得到复合纳米冷却液；或，当预处理包括依次进行的机械球磨和冷冻干燥时，将生物炭纳米颗粒和金属氧化物同时加入到冷却液中进行均质处理，得到复合纳米冷却液。

7、进一步优选的，第一冷却液中含有生物炭，第二冷却液中含有金属氧化物；第二冷却液通过电动滴定器滴入第一冷却液；结合滴入速率调控，用于制备复合纳米冷却液时控制其中一种纳米颗粒的粒径及添加速率。

8、优选的，金属氧化物直接加入到冷却液中，或者金属氧化物经过预处理再加入到冷却液中；金属氧化物的预处理条件与生物炭的预处理条件相同。

9、优选的，机械球磨中采用粒径在2～30mm的玛瑙球；作为一些优选的实施例，玛瑙球的粒径采用2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、8mm、10mm、12mm、14mm、16mm、18mm、20mm和30mm中的一种或多种。大粒径玛瑙球的作用是将团聚的大颗粒破碎为小颗粒，小粒径玛瑙球的作用是进一步减小纳米颗粒粒径。

10、优选的，机械球磨转速为100～900r/min，正反交替运行10～30min，正反交替之间设置5～15min的间歇时间；正反交替使生物炭纳米颗粒研磨的更加均匀，间歇的作用是防止在高速、长时间球磨时产生大量热量使生物炭燃烧。

11、优选的，冷冻干燥为真空冷冻干燥，冷冻温度为-30℃以下，时间为1～24h；通过真空冷冻干燥能制备形状规则、大颗粒团聚少、粒径小且均匀的纳米颗粒。

12、优选的，冷却液为去离子水和乙二醇中的一种或两种任意比例的混合物；复合纳米冷却液中，生物炭纳米颗粒与金属氧化物总质量分数为0.01～3wt％。添加过高质量分数的纳米颗粒将会导致纳米冷却液热传输性能下降，添加过低无法起到有效作用。

13、优选的，均质处理包括高速均质和高压均质中的至少一种。

14、进一步优选的，高速均质采用高速均质机进行，转速为1000～12000r/min，高速均质时间为15～60min；高压均质采用高压均质机进行，均质压力为100～1200pa，均质时间为0.5～5h。其中，高速均质可以用于制备纳米冷却液，也可以用于纳米冷却液预处理工艺，使较大纳米颗粒均匀分散于纳米冷却液中；高压均质可以用于制备单一纳米冷却液或复合纳米冷却液。

15、第二方面，本发明提供一种上述制备工艺制得的混合动力汽车用复合纳米冷却液。

16、第三方面，本发明提供一种上述复合纳米冷却液在制备混合动力汽车用冷却液中的应用。

17、优选的，本发明提供一种上述复合纳米冷却液在制备混合动力汽车发动机和动力电池用冷却液中的应用。本发明能改善混合动力汽车发动机高温冷却和动力电池低温差散热性能。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

19、本发明中采用预处理技术，改善较大粒径生物炭纳米颗粒的团聚，同时采用均质处理制备复合纳米流体，得到混合动力汽车用复合纳米冷却液，能够实现生物炭和金属氧化物复合纳米颗粒在冷却液中长时间分散稳定；本发明方法解决了复合纳米颗粒在冷却液中团聚、沉降等问题，得到了颗粒均匀、分散稳定性好的复合纳米冷却液；该复合纳米冷却液，具有较高的比热容和热导率，提高了传统冷却液的传热性能，使得该复合纳米流体应用于发动机冷却系统、动力电池散热系统，改善了混合动力汽车经济性、安全性等。

技术特征：

1.一种混合动力汽车用复合纳米冷却液的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的混合动力汽车用复合纳米冷却液的制备工艺，其特征在于，当预处理包括机械球磨和冷冻干燥中至少一种时，将生物炭纳米颗粒和金属氧化物分别加入到冷却液中进行均质处理，得到第一冷却液和第二冷却液；将第二冷却液以滴入速率为0.01～0.5ml/min滴入第一冷却液中，得到复合纳米冷却液；

3.根据权利要求1所述的混合动力汽车用复合纳米冷却液的制备工艺，其特征在于，所述金属氧化物直接加入到冷却液中，或者金属氧化物经过预处理再加入到冷却液中；金属氧化物的预处理条件与生物炭的预处理条件相同。

4.根据权利要求1所述的混合动力汽车用复合纳米冷却液的制备工艺，其特征在于，机械球磨中采用粒径在2～30mm的玛瑙球；机械球磨转速为100～900r/min，正反交替运行10～30min，正反交替之间设置5～15min的间歇时间。

5.根据权利要求1所述的混合动力汽车用复合纳米冷却液的制备工艺，其特征在于，冷冻干燥为真空冷冻干燥，冷冻温度为-30℃以下，时间为1～24h。

6.根据权利要求1所述的混合动力汽车用复合纳米冷却液的制备工艺，其特征在于，冷却液为去离子水和乙二醇中的一种或两种任意比例的混合物；复合纳米冷却液中，生物炭纳米颗粒和金属氧化物的浓度分别为0.01～3wt％。

7.根据权利要求1所述的混合动力汽车用复合纳米冷却液的制备工艺，其特征在于，均质处理包括高速均质和高压均质中的至少一种。

8.根据权利要求7所述的混合动力汽车用复合纳米冷却液的制备工艺，其特征在于，高速均质采用高速均质机进行，转速为1000～12000r/min，高速均质时间为15～60min；高压均质采用高压均质机进行，均质压力为100～1200pa，均质时间为0.5～5h。

9.如权利要求1-8任一项所述的制备工艺制得的混合动力汽车用复合纳米冷却液。

10.如权利要求9所述的复合纳米冷却液在制备混合动力汽车用冷却液中的应用。

技术总结本发明涉及一种混合动力汽车用复合纳米冷却液及其制备工艺和应用，包括以下步骤：(1)对生物炭进行预处理得到生物炭纳米颗粒，所述预处理包括机械球磨和冷冻干燥中至少一种；(2)将生物炭纳米颗粒和金属氧化物加入到冷却液中进行均质处理，得到复合纳米冷却液。本发明中采用预处理技术，改善较大粒径生物炭纳米颗粒的团聚，同时采用均质处理制备复合纳米冷却液，能够实现生物炭和金属氧化物复合纳米颗粒在冷却液中长时间分散稳定。技术研发人员：马玉鑫,侯献军,马千军,王友恒,江华,喻齐凡,余鸿受保护的技术使用者：武汉理工大学重庆研究院技术研发日：技术公布日：2024/5/16