Aggiornamenti Fuel Cell & Electrolyzer Module
Per gli utenti del Fuel Cell & Electrolyzer Module, la versione 6.4 di COMSOL Multiphysics® introduce nuove variabili di perdita di potenza, la possibilità di definire il flusso di gas in entrata in proporzione al consumo delle specie nella reazione elettrodica e una modellazione delle specie più flessibile. Proseguite la lettura per ulteriori dettagli su questi e altri aggiornamenti.
Alimentazione stechiometrica in ingresso
Per modellare la situazione comune in una cella a combustibile o in un elettrolizzatore in funzione, in cui la portata in ingresso della miscela gassosa è impostata in proporzione alla corrente della cella per garantire che le specie in eccesso nella cella vengano consumate, è stata aggiunta una casella di controllo Stoichiometric feed ai nodi H2 Inlet e O2 Inlet delle interfacce Hydrogen Fuel Cell e Water Electrolyzer. Questa aggiunta può essere visualizzata nei seguenti tutorial:
Miscele O2-in-H2 e H2-in-O2
Per consentire modelli più avanzati relativi all'invecchiamento, alle reazioni parassite e agli scenari di avvio-arresto, le interfacce Hydrogen Fuel Cell e Water Electrolyzer consentono ora di abilitare H2 come specie gassosa attiva nelle impostazioni O2 Gas Mixture e O2 come specie gassosa attiva nelle impostazioni H2 Gas Mixture. Questo aggiornamento può essere visualizzato nel tutorial Carbon Corrosion in a Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell.
Variabili di valutazione della perdita di potenza
Ora è possibile valutare l'entità delle perdite di potenza totali in una cella di batteria e confrontare le perdite tra i singoli componenti, come il separatore, l'elettrodo e il conduttore di corrente, utilizzando le variabili di perdita di potenza introdotte nelle interfacce Electrochemistry.
Le perdite di potenza sono definite in base alle perdite nell'energia libera di Gibbs di tutte le specie che reagiscono e vengono trasportate, consentendo la differenziazione tra perdite ohmiche, di concentrazione e di attivazione. Queste variabili sono disponibili localmente su domini e confini, come valori integrati sull'intera cella o per singolo nodo dell'albero del modello.
Questa funzionalità può essere visualizzata nei tutorial Mass Transport and Electrochemical Reaction in a Fuel Cell Cathode e Current Density Distribution in a Solid Oxide Fuel Cell.
Ciclo di carico
Per semplificare la configurazione di schemi di ciclo complessi, è stata aggiunta una nuova funzione Load Cycle per la maggior parte delle interfacce Electrochemistry. Questa funzione può essere utilizzata per definire cicli di carico e scarico arbitrari, in cui è possibile aggiungere in qualsiasi sequenza fasi di Voltage, Power, Current, C-rate e Rest. Per ogni fase del ciclo di carico, è possibile definire uno o più criteri di continuazione o interruzione (commutazione) dinamici, che possono essere basati su limiti di tempo, tensione o corrente, nonché su condizioni definite dall'utente utilizzando espressioni variabili arbitrarie. Oltre alle versatili opzioni di definizione del ciclo di carico, la nuova funzione consente anche la definizione automatica delle sonde di corrente e tensione, nonché delle condizioni di arresto del solutore.
Con la sottofunzione Subloop è possibile, ad esempio, combinare test di ciclo di carica-scarica a lungo termine con test di prestazione di riferimento. Si noti che le sottofunzioni Power e Subloop sono disponibili solo nel Battery Design Module e nel Fuel Cell & Electrolyzer Module.
Trasporto di elettroliti acquosi
Per la modellazione di elettroliti acquosi contenenti acidi deboli, basi deboli, anfolitici e specie complesse generiche, nonché per applicazioni quali la modellazione meccanicistica della corrosione, i modelli elettrochimici dei sistemi biologici e la modellazione dei sensori elettrochimici, una nuova interfaccia denominata Aqueous Electrolyte Transport calcola i campi di potenziale e di concentrazione delle specie in un elettrolita acquoso diluito. Il trasporto è definito dalle equazioni di Nernst-Planck, che incorporano diffusione, migrazione e convezione, insieme all'elettroneutralità e alla reazione di equilibrio di autoionizzazione dell'acqua (autoprotolisi). Grazie alla gestione più efficiente delle reazioni delle equazioni e alla maggiore facilità di configurazione del modello, in alcuni casi la nuova interfaccia può essere preferibile rispetto all'interfaccia più generica Tertiary Current Distribution, Nernst–Planck.
Inizializzazione automatica dei modelli di membrana a scambio ionico
Per garantire l'elettroneutralità e la conformità con gli equilibri di Donnan, la funzione Ion-Exchange Membrane nell'interfaccia Tertiary Current Distribution, Nernst–Planck ora include un'opzione Add Donnan shift to initial values. Questa opzione sposta automaticamente i valori iniziali di concentrazione e potenziale specificati nella funzione Initial Values per il nodo di dominio attivo Ion-Exchange Membrane, supponendo che i valori definiti dall'utente rappresentino i valori di un elettrolita liquido in equilibrio con la membrana. I valori iniziali spostati vengono quindi utilizzati come valori iniziali per il solutore. L'attivazione di questa opzione semplifica in genere la configurazione del modello, eliminando la necessità di spazzare la carica spaziale fissa della membrana fino a un valore diverso da zero desiderato attraverso un ulteriore passaggio dello studio.
Condizione di periodicità
Una nuova funzione denominata Periodic Condition è stata aggiunta alle interfacce Darcy's Law e Richards' Equation per applicare facilmente la periodicità al flusso tra due o più contorni. Inoltre, è possibile creare una differenza di pressione tra i contorni di origine e destinazione, specificando direttamente il salto di pressione o prescrivendo un flusso di massa. La condizione di periodicità viene solitamente utilizzata per modellare elementi di volume rappresentativi e calcolare proprietà effettive da utilizzare in mezzi porosi omogeneizzati.
Opzione Pressure Jump per l'accoppiamento Free and Porous Media Flow
L'accoppiamento Free and Porous Media Flow Coupling presenta una nuova opzione che consente di includere un salto di pressione attraverso il contorno libero-poroso. Ciò rende possibile modellare, ad esempio, la pressione osmotica su una membrana semipermeabile supportata da un materiale distanziatore poroso o un salto di pressione dovuto alla pressione capillare nel caso di flusso multifase.
Tutorial nuovi e aggiornati
La versione 6.4 di COMSOL Multiphysics® introduce tutorial nuovi e aggiornati nel Fuel Cell & Electrolyzer Module.
Ohmic and Activation Losses in a Polymer Electrolyte Membrane Water Electrolyzer Cell
Carbon Corrosion in a Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell
Liquid Alkaline Electrolyzer with Concentrated Electrolyte Transport
