腐蚀模块

一次、二次及三次电流分布接口中新增 “薄绝缘层"

我们通常会在各类电化学电池的电解质中插入薄绝缘板,例如用于优化腐蚀防护应用中的电流分布,或电镀池中的局部沉积速率。新增薄绝缘层 特征可以用来模拟电解质域中内部边界处的这种薄绝缘板,提供了在模型几何中绘制实际绝缘域之外的另外一种方法,将极大地缩短网格剖分时间,特别是三维模型。

薄绝缘层周围的电流流线图。 薄绝缘层周围的电流流线图。

薄绝缘层周围的电流流线图。

重新设计了变形几何接口

新版本中,所有的 电流分布 接口均可通过新增的多物理场预置节点,处理沉积或溶解速率与几何变形之间的耦合,来直接模拟电极物质的沉积与溶解,这极大地提升了模拟电极沉积及溶解的灵活性,

相关的功能升级包括对 电镀/腐蚀,变形几何 节点的重新设计。当在选择物理场 菜单中选择 电镀/腐蚀,变形几何 接口时,模型中会自动添加单独的电流分布 接口、变形几何 接口,以及两个多物理场耦合节点:不变形边界变形电极表面 节点。

这些功能的更新将不会影响通过 COMSOL Multiphysics 5.2 之前版本中的电镀/腐蚀 接口创建的模型。

新增 App:船壳 ICCP

在这个新增的船壳电流阴极保护 (ICCP) App 中,展示了如何使用仿真软件模拟三维阴极保护系统。内嵌的模型包含了一系列用于模拟腐蚀的标准功能,比如电解质电荷传递、受限电流密度下的电极动力学,以及使用参考电极的电势控制等等。

这个 App 模拟了海军舰艇中使用的 ICCP 方法,通过活性阳极抑制受保护的金属表面上的阴极电流,从而降低表面电势,减少或避免腐蚀的发生。

在这个 App 中,用户除了可以自由更改系统相关的电化学属性外,还可以根据安装在受保护的船身周围的参考电极来监控船身的电势,并据此控制外加电流的大小。

船壳 ICCP 示例 App 的图形用户界面,所示为船壳的电势结果。 船壳 ICCP 示例 App 的图形用户界面,所示为船壳的电势结果。

船壳 ICCP 示例 App 的图形用户界面,所示为船壳的电势结果。

新增 App:循环伏安法

循环伏安法是一种常见的电化学系统分析技术,通常在工作电极和参考电极之间存在电势差,在时域中对此电势差执行线性扫描:从启动电势开始到顶点电势,然后回到启动电势,所得到的电流-电压波形图(伏安图)能够给出与电解质的反应与传质属性相关的信息。

本 App 旨在演示及模拟循环伏安法的工作过程,用户可以修改两种物质的体浓度、传递属性、动力学参数以及循环伏安设定等参数。

循环伏安法演示 App 的图形用户界面,所示为循环伏安图。 循环伏安法演示 App 的图形用户界面,所示为循环伏安图。

循环伏安法演示 App 的图形用户界面,所示为循环伏安图。

新 App:电化学阻抗谱

电化学阻抗谱 (EIS) 是一种常用的电解分析技术,主要用于研究电化学系统的谐波响应,通常是在工作电极中施加一个小的正弦电势扰动变化,然后对产生的电流进行频域分析。

阻抗的实部与虚部给出了有关电化学反应池中的动力学、质量传递属性信息,并且可以根据双电层电容来表征表面属性。

电化学阻抗谱分析 App 旨在帮助理解体浓度、扩散系数、交换电流密度、双电层电容,以及最高和最低频率等因素对EIS、Nyquist 及 Bode 图的影响。

电化学阻抗谱演示 App 的图形用户界面,所示为 Nyquist 图。 电化学阻抗谱演示 App 的图形用户界面,所示为 Nyquist 图。

电化学阻抗谱演示 App 的图形用户界面,所示为 Nyquist 图。

BEM 接口中,“边上电流分布” 的管道体积补偿

当使用边单元及边界元法 (BEM) 时,现在支持通过指定半径加入管道体积的影响。可以通过 边上电流分布,BEM 接口中的电解质电荷转移方程使用这一功能。

勾选 边半径 节点中的复选框,对石油平台结构中的圆柱形桁架进行体积补偿。

勾选 边半径 节点中的复选框,对石油平台结构中的圆柱形桁架进行体积补偿。

勾选 边半径 节点中的复选框,对石油平台结构中的圆柱形桁架进行体积补偿。

新教程:扩散双电层

电极-电解质界面包含一个很薄的空间电荷层,称作扩散双电层。在这个区域中并不满足电中性,因此当模拟诸如电化学超级电容器及纳米电极等器件时,不能忽略双电层区域。

扩散双电层教程演示了如何将 Nernst-Planck 方程与泊松方程相耦合,基于 Gouy-Chapman-Stern 模型描述扩散双电层。

仿真 App 中加入了两个电极来拓展了这一简单示例,同时考察了 Faradaic (电荷转移)电极反应,通过求解一个附加方程来保证电荷整体守恒。