电化学模块

一次、二次和三次电流密度分布

COMSOL Multiphysics^® 及其附加的“电化学模块”为用户提供了现成且用户友好的接口，用于模拟电化学过程。一次电流分布、二次电流分布 和三次电流分布 接口涵盖了基本功能。一次电流分布 接口使用欧姆定律和电荷平衡来模拟电解质和电极中的电流流动，同时假设由电化学反应导致的电势损失可以忽略不计。二次电流分布 和三次电流分布 接口包含一个带有内置 Tafel 和 Butler-Volmer 动力学表达式的电极反应 特征。这三个接口都包含电势作为电化学反应动力学的一部分，三次电流分布 接口还包含化学物质传递。

该模块还提供了化学 接口，可以帮助您定义多个物质和电极反应，以及普通化学反应。此外，该接口还可以自动计算混合物和热力学属性，包括平衡电位。由这些特征定义的变量（例如局部电流密度和平衡电位）可以与电化学、化学物质传递、传热 或流体流动 接口进行耦合，使您可以进一步探索多个物理过程的相互作用。

研究类型

在 COMSOL Multiphysics^® 软件中，我们提供了丰富的预定义研究类型供您选择，用于在模型中执行各种分析。这些预设研究根据用户决定在仿真中包含的物理场接口而有所不同。“电化学模块”包含用于动态仿真的研究类型，例如循环伏安法或电流中断分析。通过将循环伏安法 研究类型与电分析 接口结合使用，您可以计算瞬态伏安法实验的结果。

不仅如此，您还可以使用完全基于物理场的建模方法对电化学阻抗谱（EIS）进行建模。我们还提供了许多专门用于特定物理场或物理场组合的研究类型，所有这些研究都包含适用于模型中物理场定义的方程和求解器设置。

Concentrated Electrolyte Transport

The Concentrated Electrolyte Transport interface can be used for modeling transport in electrolyte solutions containing an arbitrary number of charged and uncharged species. This electrochemistry interface is based on concentrated solution theory, where the transport equations are defined using binary Maxwell–Stefan diffusion coefficients under the assumption of local electroneutrality. In contrast to the Nernst–Planck equations, concentrated solution theory does not assume that electrolyte species are diluted in a neutral solvent of constant concentration. Typical applications include ionic liquids, molten salts, and highly concentrated solutions with significant concentration gradients of the charge-carrying species. This interface is well suited for analyzing multicomponent transport behavior in advanced electrochemical systems.

仿真 App

通过 COMSOL Multiphysics^® 中的“App 开发器”，用户可以在任何现有模型的基础上构建用户界面。这一工具使用户能够为特定的目的创建定制的仿真 App，并在其中包含明确定义的输入和输出。仿真 App 可用于多种不同的原因，例如将困难和重复的任务自动化、创建和更新报告，以及为非专业人员提供用户友好的界面。此外，App 还可以增加组织内对模型的访问，并帮助组织获得竞争优势。

“案例库”中还提供了现成的仿真 App，可用于演示和模拟循环伏安法的使用，以及理解 EIS 图、奈奎斯特图和波特图。

化学物质传递

在许多反应系统以及靠近电极的位置，电解质的浓度并非恒定。在这些情况下，除了考虑离子迁移外，还需要综合考虑扩散和对流的影响。本模块提供一个内置的三次电流分布，能斯特-普朗克 接口，用于描述电解质中化学物质的传递。此外，该接口还具有描述扩散、迁移和对流引起的质量传递效应的功能。

电分析

“电化学模块”提供了一个专用的电分析 接口，其中包含一系列方程、边界条件和速率表达式项，用于模拟电解质中稀物质的质量传递过程。该接口通过使用扩散-对流方程来求解电活性物质的浓度，以得到准确的仿真结果。

该接口适用于含有大量惰性“支持电解质”的电解质溶液。在仿真过程中，我们假设欧姆损耗可以忽略不计。此外，该物理场用户接口还提供了针对循环伏安法问题和不同电分析技术的专用功能，以满足您的需求。

电泳输送

专门的电泳输送 接口用于求解水基系统中受电位梯度影响的任意数量物质的电泳输送问题。该接口将水系统中多种物质的扩散-迁移-对流传递耦合在一起，以模拟多种弱酸碱平衡、缓冲溶液、pH 依赖性解离和有效迁移率等现象。此外，用户还能够模拟各种形式的电泳模式，包括区带电泳、等速电泳、等电聚焦、移动边界电泳等。

Aqueous Electrolyte Transport

For modeling dilute, water-based electrolytes containing weak acids, weak bases, ampholytes, and complex species, the Aqueous Electrolyte Transport interface offers an efficient approach that is well suited for applications such as mechanistic corrosion modeling, electrochemical models of biological systems, and electrochemical sensor modeling. It computes electric potential and species concentrations using the Nernst–Planck equations with diffusion, migration, and convection, together with electroneutrality and the self-ionization of water. By treating weak and complex species through equilibrium reactions, the interface reduces the number of dependent variables and simplifies model setup. The Aqueous Electrolyte Transport interface is available in all electrochemical engineering products: the Battery Design Module, Fuel Cell & Electrolyzer Module, Electrodeposition Module, Corrosion Module, and Electrochemistry Module.

扩展的多物理场分析

COMSOL^® 软件提供了先进的多物理场分析能力，可以实现不同模块的物理场接口之间的耦合。借助 COMSOL Multiphysics^® 的强大功能，“电化学模块”中的接口可以与流体流动接口进行无缝耦合，从而模拟电渗流或流体力学等多种现象。此外，这些接口还支持与传热接口相耦合，实现对热源的模拟，例如活化损失、焦耳热和其他电化学现象。