Семейство продуктов COMSOL®

ПРОДУКТ:Модуль «Электрохимия»

Моделируйте процессы электроанализа, электролиза и электродиализа с помощью модуля «Электрохимия»

Модуль «Электрохимия»

Циклическая вольтамперометрия является стандартным методом электрохимического анализа, суть которого заключается в измерении электрического тока при изменении потенциала рабочего электрода в заданном диапазоне значений.

От лабораторного исследователя до инженера-электрохимика на производстве

Модуль «Электрохимия» предназначен для решения задач моделирования, связанных с проектированием, анализом и оптимизацией электрохимических систем. Инструменты этого модуля будут крайне полезны инженерам-исследователям, работающим как в электрохимических лабораториях, так и на производстве. Благодаря функциональным возможностям моделирования электрохимических реакций, массопереноса и распределения плотности электрического тока, можно эффективно анализировать процессы электролиза, электродиализа, электроанализа, биоэлектрохимии, а также моделировать работу электрохимических датчиков.

Интерфейсы для расчёта плотности тока с учетом омических, активационных и диффузионных потерь

Модуль «Электрохимия» позволяет решать широкий спектр задач, связанных с моделированием электрохимических реакций. В состав модуля входят интерфейсы для расчёта распределения плотности тока с учётом омических, активационных и диффузионных потерь, моделирования методов электроанализа, расчёта течений в пористых средах, процессов переноса теплоты и массы в многокомпонентных смесях и растворах, а также для моделирования гетерогенных и гомогенных химических реакций. Инструменты модуля можно использовать для анализа хлор-щелочного и хлоратного электролиза, электролиза воды в установках для производства водорода и кислорода, моделирования систем очистки воды, установок для обессоливания морской воды, а также для проведения фундаментальных электрохимических исследований в области электрохимического катализа и электрохимического анализа, при проектировании датчиков и сенсоров для мониторинга уровня глюкозы, показателя pH, концентрации водорода и других газов.

Другие модули для электрохимического анализа

Моделирование электрохимических процессов играет важную роль при анализе процессов электрохимического осаждения, коррозии, при проектировании электрохимических аккумуляторов, топливных элементов и электролизёров. По этой причине все функциональные возможности модуля «Электрохимия» также реализованы в модулях «Электроосаждение», «Коррозия», «Электрохимические аккумуляторы» и «Топливные ячейки и электролизёры».


Дополнительные иллюстрации

Распределение тока в хлор-щелочной электролизной ячейке, рассчитанное с учётом активационных потерь. Распределение тока в хлор-щелочной электролизной ячейке, рассчитанное с учётом активационных потерь.
Комбинация уравнений Пуассона для электрического потенциала и Нернста-Планка для переноса ионов позволяет рассчитать плотность заряда в двойном электрическом слое без использования допущения об электронейтральности. Комбинация уравнений Пуассона для электрического потенциала и Нернста-Планка для переноса ионов позволяет рассчитать плотность заряда в двойном электрическом слое без использования допущения об электронейтральности.
Диаграмма Найквиста для диапазона частот и констант скорости электродной реакции. Диаграмма Найквиста для диапазона частот и констант скорости электродной реакции.

Интерфейсы для электрохимического анализа

Специальные возможности модуля «Электрохимия» позволяют моделировать методы амперометрии, потенциометрии, электрохимического импеданса и кулонометрии, а также циклической вольтамперометрии. Совмещая экспериментальные данные и результаты моделирования, можно рассчитать такие характеристики электрохимической системы, как плотность тока обмена, коэффициенты переноса заряда, удельную активную поверхность, коэффициенты диффузии, а также определить схемы электрохимических реакций. Найденные характеристики затем могут быть использованы для точного моделирования и оптимизации конструкции промышленных установок.

Комплексное решение задач, сопряжённых с моделированием электрохимических реакций

Интерфейсы модуля «Электрохимия» позволяют моделировать системы с учётом омических, активационных и диффузионных потерь. В первом случае распределение плотности тока и в электролите, и в электродах рассчитывается на основе закона Ома и уравнения сохранения заряда, при этом считается, что перенапряжение, обусловленное конечной скоростью электрохимических реакций, пренебрежимо мало. Для учёта активационных потерь в состав модуля включены интерфейсы, в которых реализованы уравнения Тафеля и Батлера-Фольмера. Помимо встроенных моделей кинетики электрохимических реакций предусмотрена возможность задать собственные уравнения для расчёта. При использовании этих интерфейсов расчёт электрического потенциала сопряжен с расчётом кинетики электрохимических реакций.

Во многих химически активных системах концентрация электролита вблизи электродов изменяется. В этом случае при моделировании переноса ионов необходимо учитывать влияние диффузии и конвекции. Модуль «Электрохимия» содержит специальный интерфейс для расчёта распределения плотности тока с учётом диффузионных потерь на основе решения уравнения Нернста-Планка, описывающего перенос массы химических компонентов в электролите. Благодаря уникальным возможностям COMSOL Multiphysics®, этот интерфейс можно легко объединить с другими интерфейсами, предназначенными для расчёта полей скорости и температуры.

Модуль «Электрохимия»

Ключевые особенности

  • Расчёт распределения плотности электрического тока с учётом омических и активационных потерь в электролите постоянного состава
  • Анализ электрохимических процессов в пористых электродах с использованием эффективных коэффициентов переноса
  • Моделирование кинетики электрохимических реакций с помощью уравнений Тафеля и Батлера-Фольмера
  • Расчёт распределения плотности электрического тока с учётом диффузионных потерь на основе уравнений Нернста-Планка в приближении электронейтральности
  • Учёт влияния температуры на перенос ионов с использованием уравнения Нернста-Эйнштейна
  • Поправка Бруггемана для расчёта эффективных коэффициентов переноса в зависимости от объёмной доли электролита
  • Учёт ёмкости двойного электрического слоя и предельной плотности тока при расчёте кинетики электродных реакций
  • Простой учёт электрического сопротивления плёнки на границе электрод-электролит
  • Гармонический анализ для моделирования методов спектроскопии электрохимического импеданса
  • Относительные потенциалы для моделирования других методов электрохимического анализа
  • Простой учёт условий поддерживающего электролита в задачах электроанализа
  • Специальный интерфейс для моделирования циклической вольтамперометрии
  • Перенос массы компонентов смеси, энергии и импульса в свободном объёме и в пористых средах
  • Поддержка поверхностных каталитических реакций с учётом переноса веществ через поверхность
  • Диаграммы Найквиста и Боде на основе спектроскопии электрохимического импеданса
  • Уравнения Нернста-Планка-Пуассона
  • Электрофоретический перенос

Области применения

  • Электроанализ
  • Электролиз
  • Электродиализ
  • Электрохимические сенсоры и датчики
  • Биоэлектрохимия
  • Сенсоры глюкозы
  • Газовые сенсоры
  • Хлор-щелочной электролиз
  • Производство водорода и кислорода
  • Опреснение морской воды
  • Тонкая очистка воды
  • Электролитическое удаление загрязнений
  • Мониторинг кислотности пищевых продуктов
  • Мониторинг электрохимических реакций в биомедицинских имплантатах

Modeling the Electrochemistry of Blood Glucose Test Strips

Diffuse Double Layer with Charge Transfer

Wire Electrode

Desalination in an Electrodialysis Cell

Electrochemical Treatment of Tumors

Current Distribution in a Chlor-Alkali Membrane Cell

Cyclic Voltammetry at a Macroelectrode in 1D

Electrochemical Impedance Spectroscopy

Каждая компания имеет уникальные требования к моделированию. Свяжитесь с нами, чтобы точно определить, подойдет ли программный пакет COMSOL Multiphysics® для решения ваших инженерных или научных задач. Обсудив основные аспекты с одним из наших менеджеров, вы получите личные рекомендации и подробные примеры, которые помогут вам сделать верный выбор и подобрать подходящую конфигурацию продуктов и тип лицензии.

Просто нажмите кнопку "Связаться с COMSOL", укажите свою контактную информацию, комментарии или вопросы и отправьте нам эту заявку. В течение одного рабочего дня вы получите ответ.

Следующий шаг:
Запрос
информации
о программе