COMSOL® 製品概要

電気化学モジュール

Model Electroanalysis, Electrolysis, and Electrodialysis with the Electrochemistry Module

電気化学モジュール

サイクリックボルタンメトリーは、電気化学分析の一般的な技術であり、作用電極における電位を一定の電圧範囲でスウィープし、その間の電流を測定する分析方法です。

研究者から電気化学エンジニアまで

電気化学モジュールは、正確なシミュレーションを通じて、電気化学システムを設計、理解、最適化する可能性を広げます。この製品は、研究者や電気化学工業のエンジニアに大きな利益をもたらします。電気化学反応メカニズム、物質輸送、電流密度分布などをモデル化する機能は、電気分解、電気透析、電気分析 電気化学センサー、生体に関する電気化学などの分野で活用され、効率的なシミュレーションができるようになります。

一次、二次、三次の電流分布のインターフェース

電気化学モジュールは電気化学反応に関する幅広い分野で適用できます。これは、電気分析、自由流れと多孔質媒体中流れ、伝熱、不均一化学反応、均一化学反応、物質輸送などが、一次、二次、三次の電流分布のインターフェースを通じて実現されます。応用分野には、塩素-アルカリおよび塩素酸の電気分解、水素と酸素の生産のための水の電気分解、廃水処理、海水の脱塩(淡水化)の研究および設計、電気透析や電気分析の基礎電気化学研究、ブドウ糖、pH値、水素、その他の気体の検出器などが含まれます。


事例紹介

塩素-アルカリ素電池(ユニット)における二次電流分布 塩素-アルカリ素電池(ユニット)における二次電流分布
イオン輸送を表すNernst-Planck方程式と電位を表すPoissonの方程式を結合することにより、電気的中性を前提とすることなく、拡散二重層における電荷密度のモデルを実現できます。 イオン輸送を表すNernst-Planck方程式と電位を表すPoissonの方程式を結合することにより、電気的中性を前提とすることなく、拡散二重層における電荷密度のモデルを実現できます。
周波数帯域および電極反応速度不均一定数のNyquistプロット 周波数帯域および電極反応速度不均一定数のNyquistプロット

電気化学分析用インターフェース

電気化学モジュールの特徴的な機能は、電流測定、電位差測定、電気化学インピーダンスおよび電量分析研究のシミュレーションに加えて、サイクリック・ボルタンメトリー用に提供されるインターフェースが利用可能な点です。交換電流密度、電荷移動係数、比表面積、拡散率、反応機構のような特性は、実験とシミュレーションを併用した結果から決定されます。これらは、製造業のための正確なモデル作成と設計の最適化に応用できます。

電気化学反応などのアプリケーションの完全なサポート

電気化学モジュールに組み込まれたインターフェースは、一次、二次、三次電流分布を推定するシステムのモデルを実現できます。一次電流分布は、電荷平衡とともにオームの法則を利用し、電解液および電極の両方で電流の流れのモデルを実現します。この間、電気化学反応のために電位の損失は無視できるものと仮定します。二次電流分布は、これらの反応に基づく損失が考慮されており、Tafel とButler-Volmer の式のインターフェースを通じてモデルが作られます。これらは、修正やユーザー定義式にも対応しています。これらのインターフェースには電気化学反応速度の一部として電位が含まれています。

多くの反応系や電極への近傍において、電解液の濃度は一定ではありません。この場合、泳動に加えて、拡散と対流の効果も考慮されなければなりません。電気化学モジュールは、電解液の中の化学種輸送を計算するためにネルンスト・プランクの式を利用する三次電流分布のためにインターフェースを提供しています。COMSOL Multiphysicsの優れた機能を活用することにより、このインターフェースは、流体や伝熱を表す他のインターフェースとスムーズに接続することができます。

電気化学モジュール

機能

  • 電解質の状態が一定であるとの仮説のもとでの一次電流、二次電流の密度分布の解析
  • Tafel方程式、Butler-Volmer方程式に基づく電気化学反応のモデル化
  • 電気的中性を仮定し、ネルンスト・プランク方程式による三次電流の密度分布の解析
  • ネルンスト・アインシュタイン方程式による、温度依存のイオン泳動の取り扱いが可能
  • 有効導電率への補正因子による多孔質電極の電気化学の解析
  • 電解質体積分率を用いた、Bruggeman導電率補正
  • 限界電流密度に加えて、電極反応における二重層容量の取り扱い
  • 薄膜抵抗による電極-電解質界面での電位降下
  • ACインピーダンスのための調和摂動と他の電気分析への応用のための参照電位
  • 電気分析のための支持電解質の取り扱いが可能

用途

  • 電気分析
  • 電気分解
  • 電気透析
  • 電気化学センサ
  • 生物電気化学
  • グルコースセンサ
  • ガスセンサ
  • 塩素・アルカリ電解
  • 水素・酸素生成
  • 海水の脱塩
  • 超純水製造
  • 質廃棄物電解処理
  • 流動食の pH コントロール
  • 生物医学インプラントの電気化学反応コントロール

Modeling the Electrochemistry of Blood Glucose Test Strips

Electrochemical Treatment of Tumors

Desalination in an Electrodialysis Cell

Current Distribution in a Chlor-Alkali Membrane Cell

Diffuse Double Layer With Charge Transfer

Wire Electrode

Cyclic Voltammetry

Electrochemical Impedance Spectroscopy

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