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Electrochemistry Modulex

扩散双电层 中文

在电极-电解质界面的扩散双电层中存在一个空间电荷薄层,在模拟电化学电容器和纳米微电极之类的器件时,该薄层是研究的重点。 本教学案例介绍如何将 Nernst-Planck 方程与泊松方程耦合,以便根据 Gouy-Chapman-Stern 模型描述扩散双电层。在以下条件下,“静电”和“稀物质传递”物理场接口相耦合: - 零电流 - 单元大小远大于 Debye 长度 扩展阅读

线电极 中文

该模型中所示的电化学电池可视为众多工业生产过程中常用的较大型线-网式电极的单电池单元。电化学电池设计中最重要的考虑事项之一是电解质和电极中的电流密度分布,电流密度分布不均匀时不利于电化学过程的运行。在许多情况下,经受高电流密度的电极部分会以很快的速率退化。优化通常由贵金属制成的电催化剂的使用,需要基于电流密度分布的相关知识,尽量减少非均匀沉积和消耗、不必要的高过电位、能量损耗以及可能发生的不必要副反应。 本案例模拟了含线电极的任意电化学电池的一次、二次和三次电流密度分布。从这些电流密度分布的依次研究中,通过逐渐引入复杂性来展示电化学电池模拟的最佳方法。 扩展阅读

电化学阻抗谱 中文

电化学阻抗谱 (EIS) 是电分析中常用的技术,用于研究电化学系统的谐波响应。对工作电极的电位施加较小的正弦变化,并在频域中分析所产生的电流。 阻抗的实部和虚部给出有关电池动力学和质量传递属性的信息,以及通过双电层电容的表面属性的信息。 “电化学阻抗谱”分析 App 的目的是了解电化学阻抗谱、奈奎斯特图和波特图。在该 App 中,您可以改变本体浓度、扩散系数、交换电流密度、双电层电容以及最大和最小频率。 扩展阅读

循环伏安法 中文

循环伏安法是研究电化学系统的常用分析技术。在该方法中,对工作电极与参比电极之间的势差在起始电位与顶点电位之间进行来回线性扫描。电流-电压波形称为伏安图,提供有关电解质反应性和质量传递属性的信息。 该 App 旨在演示和模拟循环伏安法的使用。您可以改变两种物质的本体浓度、传递属性、动力学参数以及循环伏安计的设置。 扩展阅读

带电荷传输的扩散双电层

在扩散双电层和电极表面附近几个纳米内,由于电荷分离,电中性假设无效。通常,在模拟包括电化学电容器和微电极中的电解质的非常薄的电解质层时,可能需要研究扩散双电层。示例介绍如何将 Nernst-Planck 方程与泊松方程相耦合,分析与电中性的偏差。容量恒定的固定层用于推导泊松方程的表面电荷边界条件。再现了文献中发表的结果。 扩展阅读

橙子电池 中文

本教学案例模拟由橙子和两个金属钉构成的电池(腐蚀电池)中的电流和溶解金属离子的浓度。这种类型的电池常用于化学课。也可以用柠檬或土豆代替橙子。 扩展阅读

微盘电极的伏安曲线 中文

该示例模拟半径为 10um 的微电极的伏安法。在这种常见的电化学分析技术中,对工作电极的电位进行上下扫描,并记录电流。电流-电压波形(“伏安图”)提供有关分析物的反应性和质量传递属性的信息。 由于微电极只需少量的活性电极材料就能提供高电流密度,因此常用于电分析。微电极上物质的扩散时间很短,这意味着稳态结果很准确,因此可以使用“稳态”研究。模型中使用“二次电流分布”接口和“稀物质传递”接口将电荷转移及质量传递与电极反应相耦合。 扩展阅读

电渗析槽中脱盐

电渗析是基于电场和离子选择性膜的电解质分离过程。以下为电渗析过程的一些常见应用: - 工艺流、流出物和饮用水的脱盐 - pH 值调节,从果汁和葡萄酒等中去除酸 - 贵金属的电解沉积 本教学案例演示脱盐池中电渗析的基本原理,该工艺将氯化钠从稀水溶液中除去,并转移到浓度更高的溶液。 扩展阅读

葡萄糖传感器

电化学葡萄糖传感器使用电流测量方法来测量样品中葡萄糖的浓度。本例模拟葡萄糖和铁/氰亚铁酸盐氧化还原介质在叉指电极上方的电解质基本单元中的扩散。传感器在适当的浓度范围内给出线性响应。使用“电分析”接口将工作电极和对电极处的化学物质传递与电解相耦合,根据 Michaelis-Menten 动力学,溶液中的葡萄糖在葡萄糖氧化酶的作用下发生氧化。 扩展阅读

氯碱膜电解槽中的电流分布

氯碱离子交换膜法是工业电解中最常用的工艺之一,每年生产约 4000 万公吨氯和烧碱。氯主要用于生产氯乙烯单体,氯乙烯单体又用于生产聚氯乙烯 (PVC)。在过去的十年中,随着膜本身的改进,膜-电池技术中的电流密度显著增大,从而降低了投资成本,提高了产量。然而,如果不采取任何措施来抑制电压上升,则电流密度的增大意味着功耗的增加。电池设计方面的改进,包括增加的内部对流、减少的欧姆损耗和性能更好的膜,使得在电流密度大幅增加的同时,电池电压小幅上升。本例描述膜电解电池中实际阳极和阴极结构中的电流密度分布。 扩展阅读

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