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從實驗研究人員到電化學工業工程師

 

電化學模組發展了系統的設計與理解能力,並透過精確地模擬來優化電化學系統,使實驗研究人員或電化學工程師受益匪淺。電化學反應機制、質量傳輸和電流密度分佈等模擬功能,讓包含電解、電透析、電化學分析、電化學感應器和生物電化學在內的諸多應用可以更高效率地模擬。

氯?元电池中的二次电流分布模型。
氯鹼元電池中的二次電流分佈模型。
无需假定电中性,通过将描述电势分布的 Poisson 方程与描述离子传递的 Nernst-Planck 方程耦合,就可以模?扩散双电层中的电荷密度。
無需假定電中性,透過將描述電勢分佈的Poisson 方程與描述離子傳遞的Nernst-Planck 方程耦合,就可以模擬擴散雙電層中的電荷密度。
Nyquist 图(不同的频率和非均相电极动力学反应速率常数)。
Nyquist 圖(不同的頻率和非均相電極動力學反應速率常數)。

一次、二次和三次電流分佈介面

 

電化學模組涵蓋涉及電化學反應的廣泛應用,下述反應皆可透過此介面來完成:一次、二次和三次電流分佈、電解分析、自由和多孔介質中的流動、熱傳、非均相和均相化學反應、以及於稀釋和濃縮溶液中的物質傳輸。

其應用包 括氯鹼和氯酸鹽電解的研究與設計、製備氫氣和氧氣的水電解、廢水處理、海水淡化、電催化和電解分析中的基本電化學研究,以及葡萄糖、pH值、氫氣等氣體的感應器。

 

電化學分析介面

 

除了專門針對循環伏安法的介面,電化學模組中還提供了一些專用功能,用於模擬電流分析、電位法、電化學阻抗和庫侖法研究。結合實驗和模擬的結果來決定交換電流密度、電荷傳遞係數、活化表面、擴散係數和反應機制等特性,之後用於工業應用中精確模型和設計優化。

 

完全支援含電化學反應的行業應用

 

電化學模組內建的介面可用於假設具有一次、二次或三次電流分佈系統的模型。

一次電流分佈介面由於忽略電化學反應所產生的電位損失,因此利用歐姆定律與電荷平衡來模擬電解質和電極中的電流。

二次電流分佈介面考慮了基於化學反應的損失,並以 Tafel Butler-Volmer 方程式進行模擬。

此介面同時支援修改或自定義表達式,且將電位作為電化學反應動力學的一部分。

在許多反應系統和靠近電極反應的附近,電解質的濃度分佈是不均勻的。在這種情況下,除了電遷移之外還必須考慮擴散和對流的影響。

電化學模組提供了三次電流分佈介面,是利用 Nernst-Planck 方程式來描述電解質中的化學物質傳輸。使用 COMSOL Multiphysics ®中前所未有的卓越功能,該介面可無縫地耦合流體流動或熱傳等其他介面。

特點

 

分析一次和二次電流密度分佈(假設均勻電解質)

Tafel Butler-Volmer 方程描述電化學反應動力場

利用Nernst-Planck 方程仿真三次電流密度分佈(假定電中性)

通過Nernst-Einstein 關係描述隨溫度變化的離子遷移

分析多孔電極的電化學行為,內置等效電導率修正因子

利用電解質體積分數進行Bruggeman 電導率修正

電極動力場中雙電層電容和電流密度

設置電極-電解質界面處膜電阻產生的電勢降

諧波擾動(AC 阻抗)和參考電位(其他電解分析應用)

支援電解質(電解分析)

 

循環伏安法特定介面

自由和多孔介質中的溶質傳遞、傳熱和流體流動

表面催化反應,反應物質在界面間傳遞

AC 阻抗Nyquist 圖和Bode

 

 

應用

 

電解分析

電解

電滲析

電化學感測器

生物電化學

葡萄糖感測器

氣體感測器

氯鹼電解

氫氣和氧氣生產

海水淡化

超純淨水生產

電解質廢物處理

液體食品pH 值控制

生物醫學植入物的電化學反應控制

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