Electrochemistry Module

Zur Modellierung von Elektroanalyse-, Elektrolyse- und Elektrodialyse-Anwendungen

Electrochemistry Module

Die Cyclovoltammetrie wird häufig bei elektrochemischen Analysen angewendet. Bei dieser Methode wird das Potenzial an der Arbeitselektrode über einen bestimmten Spannungsbereich variiert und dabei die Stromwerte erfasst.

Von der Forschung bis zur Entwicklung industrieller elektrochemischer Systeme

Das Electrochemistry Module eröffnet dank akkurater Simulationen neue Möglichkeiten bei der Entwicklung, Analyse sowie Optimierung von elektrochemischen Systemen. Sowohl Forscher als auch Entwicklungsingenieure können von diesem leistungsfähigen Modul profitieren. Fähigkeiten wie Modellierung von elektrochemischen Reaktionsmechanismen und Stofftransport sowie auch von Stromdichteverteilungen ermöglichen effektive Simulationen auf vielen Gebieten. Dazu gehören Elektrolyse, Elektrodialyse, Elektroanalyse, Elektrochemie und Bioelektrochemie.

Primär-, Sekundär- und Tertiärstromverteilungs-Interfaces

Das Electrochemistry Module deckt ein großes Spektrum von Anwendungen ab, in welche elektrochemische Reaktionen involviert sind. Das Modul enthält Interfaces für die Simulation der Primär-, Sekundär- und Tertiärstromverteilung sowie für die Elektroanalyse. Auch können mit diesem Modul Strömungen in freien und porösen Medien, Wärmetransfer, heterogene und homogene chemische Reaktionen sowie Stofftransport in verdünnten und konzentrierten Lösungen analysiert werden. Mögliche Anwendungen umfassen die Untersuchung der Chloralkali- und Chloratelektrolyse, der Wasserelektrolyse zur Wasserstoff- und Sauerstoffherstellung sowie der Prozesse zur Abwasseraufbereitung und Meerwasserentsalzung. Das Modul kann in der Grundlagenforschung auf den Gebieten der Elektrokatalyse und der Elektroanalyse wertvolle Dienste leisten. Und schließlich kann das Modul auch bei der Entwicklung von Glucose-Sensoren, pH-Sensoren und Sensoren für Wasserstoff und andere Gase eingesetzt werden.

Weitere Bilder

  • Sekundärstromverteilung in einer Chloralkali-Elementarzelle. Sekundärstromverteilung in einer Chloralkali-Elementarzelle.
  • Sie können die Ladungsdichte in Diffusdoppelschichten modellieren. Dies geschieht ohne die Ladungsneutralität durch die Kopplung der Poisson-Gleichung für das Potenzial und den Nernst-Planck-Gleichungen für den Ionentransport zu berücksichtigen. Sie können die Ladungsdichte in Diffusdoppelschichten modellieren. Dies geschieht ohne die Ladungsneutralität durch die Kopplung der Poisson-Gleichung für das Potenzial und den Nernst-Planck-Gleichungen für den Ionentransport zu berücksichtigen.
  • Nyquist-Diagramm für verschiedene Frequenzen und die kinetischen Geschwindigkeitskonstanten der heterogenen Elektrodenreaktion. Nyquist-Diagramm für verschiedene Frequenzen und die kinetischen Geschwindigkeitskonstanten der heterogenen Elektrodenreaktion.

Interfaces für die elektrochemische Analyse

Das Electrochemistry Module ermöglicht die Simulation von Amperometrie, Potenziometrie und elektrochemischer Impedanz sowie auch die Untersuchung der Coulometrie. Außerdem verfügt das Modul über ein spezielles Interface für die Cyclovoltammetrie. Durch die Kombination von experimentell ermittelten Werten und Simulationsergebnissen können bestimmte Eigenschaften ermittelt werden. Dazu zählen Austauschstromdichten, Ladungstransferkoeffizienten, spezifische aktive Oberflächenbereiche, Diffusionskoeffizienten und Reaktionsmechanismen. Mit den daraus gewonnenen Daten sind Sie dann in der Lage, exakte Modelle Ihrer Produktentwürfe zu erstellen und diese zu optimieren.

Analyse sämtlicher Aspekte von Systemen, die elektrochemische Reaktionen beinhalten

Die Interfaces des Electrochemistry Module ermöglichen die Modellierung von Systemen mit der Annahme einer Primär-, Sekundär- oder Tertiärstromverteilung. Die Primärstromverteilung berechnet mithilfe des ohmschen Gesetzes und eines Ladungsausgleichs den Stromfluss sowohl im Elektrolyt als auch in den Elektroden. Dabei wird angenommen, dass der Abfall des elektrischen Potenzials aufgrund von elektrochemischen Reaktionen vernachlässigt werden kann. Bei der Sekundärstromverteilung werden diese reaktionsbasierten Potenzialabfälle berücksichtigt und mittels Tafel-Gleichung, Butler-Volmer-Gleichung oder benutzerdefinierter Ausdrücke modelliert. Weiterhin wird hierbei auch das elektrische Potenzial bei der elektrochemischen Reaktionskinetik berücksichtigt.

In vielen Reaktionssystemen, insbesondere in der Nähe der Elektroden, ist die Elektrolytkonzentration nicht konstant. In diesem Fall müssen zusätzlich zur Migration auch die Diffusion und Konvektion berücksichtigt werden. Das Electrochemistry Module verfügt über ein Interface für Tertiärstromverteilungen, das mithilfe der Nernst-Planck-Gleichung den Transport von chemischen Stoffen im Elektrolyt beschreibt. Die leistungsfähige Funktionalität von COMSOL Multiphysics ermöglicht eine nahtlose Kopplung dieses Interfaces mit anderen Interfaces, die die Fluidströmung und Wärmetransfer beschreiben.

Modeling the Electrochemistry of Blood Glucose Test Strips

Electrochemical Impedance Spectroscopy

Cyclic Voltammetry at an Electrode

Model of a Diffuse Double Layer

Electrochemical Cell with Wire-Mesh Electrode

Desalination of Water Using Electrodialysis

Current Distribution in a Chlor-Alkali Membrane Cell

Electrochemical Treatment of Tumors