Модуль «Электрохимия»
Моделируйте процессы электроанализа, электролиза и электродиализа с помощью модуля «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.
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.
Интерфейсы для электрохимического анализа
Для решения задач электроанализа и проведения специализированных исследований циклической вольтамперометрии реализован соответствующий пользовательский интерфейс. 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.
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
- Решение задач электроанализа для растворов электролитов, содержащих большое количество инертного поддерживающего электролита
- Простой учёт условий поддерживающего электролита в задачах электроанализа
- Специальный тип исследования 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
Stephen Mackintosh Lifescan Scotland UK
Lifescan Scotland is a medical device company that designs and manufactures blood glucose monitoring kits for the global diabetes market. These involve the self-monitoring of blood glucose levels through specialized monitoring systems and test strips that comprise of a plastic substrate, two carbon-based electrodes, a thin dry reagent layer, and ...
Desalination in an Electrodialysis Cell
Electrodialysis is a separation process for electrolytes based on the use of electric fields and ion selective membranes. Some common applications of the electrodialysis process are: - Desalination of process streams, effluents, and drinking water - pH regulation in order to remove acids from, for example, fruit juices and wines - Electrowinning ...
Electrochemical Treatment of Tumors
This model incorporates the transport and electrolytic reaction in the treatment of tumor tissue. Oxygen evolution at the anode produces protons, which lowers the pH, while chlorine production also leads to lowered pH through the hydrolysis of chlorine. One effect of a low pH is the permanent destruction of haemoglobin in the tissue, resulting ...
Diffuse Double Layer with Charge Transfer
In the diffuse double layer and within the first few nanometers of an electrode surface, the assumption of electroneutrality is not valid due to charge separation. Typically, the diffuse double layer may be of interest when modeling very thin layers of electrolyte including those in electrochemical capacitors and microelectrodes. This example ...
Current Distribution in a Chlor-Alkali Membrane Cell
The chlor-alkali membrane process is one of the largest in industrial electrolysis with the production of roughly 40 million metric tons of both chlorine and caustic soda per year. Chlorine is used predominantly for the production of vinyl chloride monomer, which in turn is used for the production of poly vinyl chloride (PVC). Current density in ...
Wire Electrode
The electrochemical cell shown in this model can be regarded as a unit cell of a larger wire-mesh electrode that is common in many industrial processes. One of the most important aspects in the design of electrochemical cells is the current density distributions in the electrolyte and electrodes. Non-uniform current density distributions can be ...
Electrochemical Impedance Spectroscopy
The purpose of this app is to understand EIS, Nyquist, and Bode plots. The app lets you vary the bulk concentration, diffusion coefficient, exchange current density, double layer capacitance, and the maximum and minimum frequency. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) is a common technique in electroanalysis used to study the harmonic ...
Cyclic Voltammetry at a Macroelectrode in 1D
The purpose of the app is to demonstrate and simulate the use of cyclic voltammetry. You can vary the bulk concentration of both species, transport properties, kinetic parameters, as well as the cycling voltage window and scan rate. Cyclic voltammetry is a common analytical technique for investigating electrochemical systems. In this method, the ...
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 свои контактные данные, сформулируйте вопросы и отправьте нам эту заявку. Наша цель — ответить вам в течение одного рабочего дня!
Следующий шаг
Запрос информации о программе