Electrochemistry Module

Model Electroanalysis, Electrolysis, and Electrodialysis with the Electrochemistry Module

Electrochemistry Module

La voltammetria ciclica è una tecnica comune per l'analisi elettrochimica in cui si applica il potenziale dell'elettrodo di lavoro su un intervallo di tensione mentre si registra la corrente.

Dal ricercatore di laboratorio all'ingegnere elettrochimico

L'Electrochemistry Module amplia le possibilità di progettazione, comprensione e ottimizzazione di sistemi elettrochimici attraverso simulazioni precise. Questo prodotto offre un vantaggio significativo ai ricercatori di laboratorio e agli ingegneri elettrochimici. Le sue funzionalità, quali la modellazione dei meccanismi di reazione elettrochimica, il trasporto di massa e le distribuzioni della densità di corrente, consentono di generare simulazioni efficaci per numerose applicazioni, tra cui elettrolisi, elettrodialisi, elettroanalisi, sensori elettrochimici e bioelettrochimica.

Interfacce per la Distribuzione di Corrente Primaria, Secondaria e Terziaria

L'Electrochemistry Module soddisfa un'ampia gamma di applicazioni che comprendono reazioni elettrochimiche, attraverso interfacce per la distribuzione di corrente primaria, secondaria e terziaria, elettroanalisi, flusso in mezzi liberi e porosi, trasferimento termico, reazioni chimiche eterogenee e omogenee e trasporto di materiali in soluzioni diluite e concentrate. Le possibili applicazioni di questo strumento comprendono lo studio e lo sviluppo di elettrolisi cloro-soda e clorata, elettrolisi dell'acqua per la produzione di idrogeno e ossigeno, trattamento delle acque reflue, desalinizzazione dell'acqua marina, studi elettrochimici fondamentali in elettrocatalisi ed elettroanalisi e sensori per glucosio, pH, idrogeno e altri gas.


Altre immagini:

Distribuzione di corrente secondaria in una cella cloro-soda. Distribuzione di corrente secondaria in una cella cloro-soda.
È possibile modellare la densità di carica in doppi strati diffusi (DDL) senza dover assumere la neutralità della carica, accoppiando l'equazione di Poisson del potenziale alle equazioni di Nernst-Planck del trasporto di ioni. È possibile modellare la densità di carica in doppi strati diffusi (DDL) senza dover assumere la neutralità della carica, accoppiando l'equazione di Poisson del potenziale alle equazioni di Nernst-Planck del trasporto di ioni.
Diagramma di Nyquist per un intervallo di frequenze e costanti di velocità cinetica eterogenea dell'elettrodo. Diagramma di Nyquist per un intervallo di frequenze e costanti di velocità cinetica eterogenea dell'elettrodo.

Interfacce per l'analisi elettrochimica

Le funzioni dedicate dell'Electrochemistry Module consentono di simulare studi di amperometria, potenziometria, impedenza elettrochimica e coulombometria, oltre a un'interfaccia prevista appositamente per la voltammetria ciclica. Proprietà come la densità di corrente di scambio, i coefficienti di trasferimento di carica, le specifiche aree di superficie attive, la diffusività e i meccanismi di reazione possono essere determinate dai risultati combinati dell'esperimento e della simulazione. Questi risultati possono quindi essere utilizzati in applicazioni industriali per una corretta modellazione e per l'ottimizzazione del progetto.

Supporto completo per applicazioni che comprendono reazioni elettrochimiche

Le interfacce integrate nell'Electrochemistry Module consentono di modellare vari sistemi considerando le distribuzioni di corrente primaria, secondaria o terziaria. La distribuzione di corrente primaria utilizza la legge di Ohm insieme a un bilanciamento della carica per modellare il flusso di corrente nell'elettrolita e negli elettrodi, postulando perdite trascurabili del potenziale elettrico dovute alle reazioni elettrochimiche. La distribuzione della corrente secondaria comprende queste perdite per reazione ed è modellata attraverso interfacce per le equazioni di Tafel e di Butler-Volmer. Queste interfacce supportano anche la modifica e la personalizzazione delle espressioni. Le interfacce comprendono il potenziale elettrico come parte della cinetica di reazione elettrochimica.

La concentrazione dell'elettrolita non è costante in molti sistemi reattivi e in stretta prossimità agli elettrodi. In tal caso, oltre alla migrazione, devono essere considerati anche gli effetti di diffusione e convezione. L'Electrochemistry Module offre un'interfaccia per le distribuzioni di corrente terziaria, che utilizza l'equazione di Nernst-Planck per descrivere il trasporto delle specie chimiche nell'elettrolita. Utilizzando le funzionalità contenute in COMSOL Multiphysics, questa interfaccia può essere abbinata senza soluzione di continuità ad altre interfacce di fluidodinamica e trasferimento termico.

Electrochemistry Module

Caratteristiche del Prodotto

  • Analisi di distribuzione della densità di corrente primaria e secondaria, in condizioni di elettroliti costanti
  • Modello per la cinetica di reazioni elettrochimiche mediante le equazioni di Tafel e Butler-Volmer
  • Simulazione della distribuzione di densità di corrente terziaria, utilizzando l'equazione di Nernst-Planck, assumendo elettroneutralità
  • Supporto dedicato per la migrazione ionica in funzione della temperatura attraverso la relazione di Nernst-Einstein
  • Analisi del comportamento elettrochimico degli elettrodi porosi, con i fattori di correzione per le conducibilità efficaci
  • Supporto dedicato per le correzioni di conducibilità di Bruggeman, utilizzando la frazione di volume di elettrolita
  • Supporto dedicato per il doppio strato di capacità nella cinetica degli elettrodi, oltre a limitare densità di corrente
  • Semplice settaggio delle cadute di potenziale sulle interfacce elettrodo-elettrolita dovute alla resistenza del film
  • Perturbazione armonica per gli studi AC impedenza e potenziali di riferimento per altre applicazioni elettroanalitiche
  • Semplice settaggio delle condizioni di supporto di elettroliti per elettroanalisi
  • Interfaccia specifica per Voltmetria ciclica
  • Trasporto di specie, trasferimento di calore e flussi in mezzi porosi e non porosi
  • Supporto dedicato per reazioni di catalisi superficiale in cui le specie possono essere trasportate attraverso superfici
  • Diagrammi di Nyquist e Bode per impedenze AC

Campi di Utilizzo

  • Elettroanalisi
  • Elettrolisi
  • Elettrodialisi
  • Sensori elettrochimici
  • Bioelettrochimica
  • Sensori glucosio
  • Sensori gas
  • Elettrolisi cloro-soda
  • Produzione di idrogeno e ossigeno
  • Desalinizzazione acqua di mare
  • Produzione di acqua ultra-pura
  • Trattamento scarti derivati da elettrolisi
  • Controllo pH di alimenti liquidi
  • Controllo reazioni elettrochimiche in protesi biomediche

Modeling the Electrochemistry of Blood Glucose Test Strips

Desalination in an Electrodialysis Cell

Wire Electrode

Current Distribution in a Chlor-Alkali Membrane Cell

Electrochemical Treatment of Tumors

Diffuse Double Layer With Charge Transfer

Cyclic Voltammetry

Electrochemical Impedance Spectroscopy

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