Electrodeposition Module

Neue Anwendung: „Electrochemical Impedance Spectroscopy“

Die dielektrische Spektroskopie (auch als Impedanzspektroskopie bezeichnet) ist eine häufig in der Elektroanalyse angewendete Methode. Mit der Methode wird der Frequenzgang eines elektrochemischen Systems untersucht. Eine kleine sinusförmige Abweichung wird auf das Potenzial an der Arbeitselektrode angewendet, und der resultierende Strom wird im Frequenzbereich analysiert.

Der Real- und Imaginärteil der Impedanz liefern die kinetischen und Massentransporteigenschaften der Zelle sowie die Oberflächeneigenschaften durch die Doppelschichtkapazität.

Mithilfe der Anwendung können Sie EIS-, Nyquist- und Bode-Plots analysieren. Sie können folgende Parameter variieren: Massenkonzentration, Diffusionskoeffizient, Austauschstromdichte, Doppelschichtkapazität und maximale und minimale Frequenz.

Die Demo-Anwendung zur dielektrischen Spektroskopie – dargestellt wird ein Nyquist-Plot. Die Demo-Anwendung zur dielektrischen Spektroskopie – dargestellt wird ein Nyquist-Plot.

Die Demo-Anwendung zur dielektrischen Spektroskopie – dargestellt wird ein Nyquist-Plot.

Neue Anwendung: „Cyclic Voltammetry“

Cyclovoltammetrie ist eine Analysemethode, die häufig bei elektrochemischen Systemen angewendet wird. Bei dieser Methode wird eine Potenzialdifferenz zwischen einer Arbeitselektrode und einer Bezugselektrode von einem Startpotenzial zu einem Vertexpotenzial linear mit der Zeit hoch- und wieder zurückgefahren. Die Strom-Spannungs-Kennlinie, bezeichnet als Voltammogramm, ermöglicht Aussagen zur Reaktivität und zu den Massentransporteigenschaften eines Elektrolyts.

Mit der Anwendung „Cyclic Voltammetry“ soll die Cyclovoltammetrie-Methode demonstriert werden. Sie können die Massenkonzentration von beiden Teilchen, die Transporteigenschaften, kinetischen Parameter und die Einstellungen des Cyclovoltammeters variieren.

Grafische Benutzeroberfläche der „Cyclic Voltammetry“-Anwendung – dargestellt wird ein Cyclovoltammogramm. Grafische Benutzeroberfläche der „Cyclic Voltammetry“-Anwendung – dargestellt wird ein Cyclovoltammogramm.

Grafische Benutzeroberfläche der „Cyclic Voltammetry“-Anwendung – dargestellt wird ein Cyclovoltammogramm.

Dünne Isolierungsschicht in den Interfaces für die Primär-, Sekundär- und Tertiärstromverteilung

Dünne Isolierungsschichten werden häufig in die Elektrolyte von verschiedenen Typen von elektrochemischen Zellen eingefügt. Mit den Schichten kann beispielsweise die Stromverteilung in einer Korrosionsschutzanwendung optimiert werden, um die lokale Abscheidungsrate in einem Abscheidungsbad zu optimieren. Mit der neuen Funktion Dünne Isolierschicht können Sie eine dünne Isolierungsschicht modellieren, die sich an der inneren Grenze eines Elektrolytbereichs befindet. Der Knoten kann als Alternative zur Zeichnung des Isolierungsbereichs in der Modellgeometrie verwendet werden, wodurch die Vernetzungsdauer wesentlich verkürzt wird – insbesondere bei 3D-Modellen.

Strom-Strömungslinien, die um eine dünne Isolierungsschicht herum verlaufen. Strom-Strömungslinien, die um eine dünne Isolierungsschicht herum verlaufen.

Strom-Strömungslinien, die um eine dünne Isolierungsschicht herum verlaufen.

Weiterentwickelte Interfaces für deformierte Geometrie

Um die Flexibilität bei Elektroden-Abscheidung und -Auflösung zu erhöhen, kann die Abscheidung und Auflösung von Elektrodenteilchen nun direkt in allen Stromverteilung-Interfaces modelliert werden. Dies geschieht mit vordefinierten Multiphysik-Knoten, mit denen eine Abscheidungs- oder Auflösungsgeschwindigkeit mit der geometrischen Deformation gekoppelt werden kann.

Die Elektrolytische Abscheidung/Korrosion, Deformierte Geometrie-Interfaces wurden ebenfalls überarbeitet. Nach der Auswahl eines Elektrolytische Abscheidung/Korrosion, Deformierte Geometrie-Interfaces im Menü Physik auswählen wird ein einzelnes Stromverteilung-Interface und ein separates Deformierte Geometrie-Interface dem Modell hinzugefügt. Weiterhin werden dem Modell diese beiden Multiphysik-Kopplungsknoten hinzugefügt: Fester Rand und Verformungselektrodenoberfläche.

Die Neuerung hat keine Auswirkungen auf Modelle, die mit einer älteren Version als COMSOL Multiphysics Version 5.2 mit einem Elektrolytische Abscheidung/Korrosion-Interface erstellt wurden.

Wenn Sie den Eintrag „Electrodeposition, Deformed Geometry“ (Elektrolytische Abscheidung, Deformierte Geometrie) oder „Corrosion, Deformed Geometry“ (Korrosion, Deformierte Geometrie) im Fenster „Physik auswählen“ auswählen, werden zwei separate Physikinterfaces zusammen mit zwei speziell zugeschnittenen Multiphysik-Kopplungsfunktionen hinzugefügt. Wenn Sie den Eintrag „Electrodeposition, Deformed Geometry“ (Elektrolytische Abscheidung, Deformierte Geometrie) oder „Corrosion, Deformed Geometry“ (Korrosion, Deformierte Geometrie) im Fenster „Physik auswählen“ auswählen, werden zwei separate Physikinterfaces zusammen mit zwei speziell zugeschnittenen Multiphysik-Kopplungsfunktionen hinzugefügt.

Wenn Sie den Eintrag „Electrodeposition, Deformed Geometry“ (Elektrolytische Abscheidung, Deformierte Geometrie) oder „Corrosion, Deformed Geometry“ (Korrosion, Deformierte Geometrie) im Fenster „Physik auswählen“ auswählen, werden zwei separate Physikinterfaces zusammen mit zwei speziell zugeschnittenen Multiphysik-Kopplungsfunktionen hinzugefügt.

BEM-Interface: Kompensation von Rohrvolumen bei der Stromverteilung an Kanten

Sie können nun bei der Anwendung der BEM-Methode (Boundary Element Method) das Volumen von Rohren berücksichtigen, indem Sie einen Radius angeben, wenn Sie Kantenelemente verwenden. Diese Funktionalität steht unter den Elektrolyt-Ladungsübertragungsgleichungen im Interface Stromdichteverteilung auf Kanten, BEM zur Verfügung.

Die Volumenkompensation für die zylindrischen Träger einer Ölförderplattform wird mit dem entsprechenden Kontrollkästchen im Knoten „Edge Radius“ (Kantenradius) aktiviert. Die Volumenkompensation für die zylindrischen Träger einer Ölförderplattform wird mit dem entsprechenden Kontrollkästchen im Knoten „Edge Radius“ (Kantenradius) aktiviert.

Die Volumenkompensation für die zylindrischen Träger einer Ölförderplattform wird mit dem entsprechenden Kontrollkästchen im Knoten „Edge Radius“ (Kantenradius) aktiviert.

Neue Übung: „Diffuse Double Layer“

An der Elektroden-Elektrolyt-Grenze befindet sich eine dünne Raumladungsschicht, die als Diffusdoppelschicht bezeichnet wird. In diesem Bereich kann die Elektroneutralität nicht aufrechterhalten werden. Die Doppelschicht kann beim Modellieren von Bauelementen wie elektrochemischen Superkondensatoren und Nanoelektroden von Interesse sein.

In der Übung zu Diffusdoppelschichten wird gezeigt, wie Nernst-Planck-Gleichungen mit der Poisson-Gleichung gekoppelt werden, um eine Diffusdoppelschicht gemäß des Gouy-Chapman-Stern-Modells zu beschreiben.

Die Simulationsanwendung erweitert das einfache Beispiel, indem zwei Elektroden einbezogen werden. Bei der Anwendung werden auch faradaysche (Ladungsübertragungs-) Elektrodenreaktionen berücksichtigt. Eine weitere Gleichung wird gelöst, um die Gesamtladungserhaltung sicher zu stellen.