电池与燃料电池模块更新

COMSOL Multiphysics® 5.5 版本为“电池与燃料电池模块”的用户新增了用于固态电池建模的单离子导体电荷平衡选项、使用能斯特方程(Nernst equation)计算平衡电位的接口,以及对基于化学反应方程生成与浓度相关的 Butler-Volmer 动力学的支持。请阅读以下内容,进一步了解这些电池与燃料电池功能。

用于固态电池建模的单离子导体电荷平衡选项

锂离子电池 接口中新增了单离子导体 电荷平衡模型,并添加了新的锂离子电池,单离子导体 模型向导条目,此模型通常可用于对固态电解质进行建模。您可以在单离子导电固体电解质的锂离子电池模型中看到这一新的电荷平衡选项。

集总电池接口功能改进

  • 集总电池 接口现在包含三种新的工作模式:恒电位功率电路电压源
  • 集总电池 接口新增了短路 节点
  • 新增用于开路电压输入的“用户定义”和来自定义 选项
    • 适用于:
      • 集总电池 接口中的电池平衡电位 节点
      • 电路 接口中的电池开路电压 节点
    • 这些新特性允许在包含多个电池的模型中只指定一次平衡电位数据

以下模型演示了上述特征:

使用能斯特方程(Nernst equation)计算平衡电位

电极反应多孔电极反应 特征中,您可以使用新的能斯特方程 选项来定义电极反应的平衡电位,从而更容易建立热力学一致的模型。在求解多种浓度的物理场接口(例如三次电流分布化学 接口)中,平衡电位将基于反应化学计量自动与浓度相关。“案例库”中具有能斯特平衡电位的所有模型都已更新为使用这一新特征。

与浓度相关的 Butler-Volmer 动力学

电极反应多孔电极反应 特征中,Butler-Volmer线性 Butler-Volmer 动力学表达式的交换电流密度现在可以基于反应化学计量自动定义为与浓度相关。如果在定义平衡电位时使用了能斯特方程 选项,就可以使用这个选项。在三次电流分布,Nernst-Planck 接口中,交换电流密度类型可以使用质量作用定律集总多级 选项。“案例库”中具有能斯特平衡电位、与浓度相关的动力学的所有模型都已更新为使用这一新特征。

“多孔电极反应”特征设置,其中打开了“电极动力学”栏并选中 Butler-Volmer 表达式类型。 多孔电极反应特征:电极动力学 三次电流分布,Nernst-Planck 接口中的 电极动力学“设置”栏。软件基于反应化学计量和物质浓度自动计算交换电流密度。

化学接口中的电极反应和热力学

5.5 版本在“电池与燃料电池模块”中添加的化学 接口现在包含电极反应电极反应组 节点,支持定义多种物质和电极反应,以及普通的化学反应。此外,您还可以通过化学 接口自动计算混合物和热力学属性,如平衡电位。由这些特征定义的变量(例如局部电流密度和平衡电位)可以同任何其他适用的物理场接口相互耦合。不仅如此,5.5 版本的“电池与燃料电池模块”还添加了热力学 特征,可用于计算混合物属性和其他热力学属性,例如平衡电位和反应热。您可以在固体氧化物电解槽模型中看到这一新功能的应用演示。

新的质量流率流入条件

浓物质传递 接口中,您可以使用流入 特征来指定质量流率。此外,达西定律 接口现在支持在入口 节点中设置总质量流率,这个新特征有助于研究燃料电池性能与给定电池电流和气体流速(气体化学计量)的关系。您可以在固体氧化物电解槽模型中看到此特征的应用演示。

新的吸附模型

多孔介质稀物质传递裂隙中的稀物质传递 接口包含两个新的等温吸附模型,用于预测溶解物质在多孔介质中的吸附情况。新版本在现有的 Langmuir 和 Freundlich 等温吸附模型中添加了 Brunauer–Emmett–Teller (BET) 和 Toth 等温吸附模型。

新的教学案例

5.5 版本新增了多个教学案例。