电镀模块

一次、二次和三次电流密度分布

COMSOL Multiphysics^® 及其“电镀模块”为用户提供了现成且用户友好的接口，用于对电镀过程进行建模。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，能够使用极化曲线对电流分布和表面动力学进行建模，并在模型中包含质量传递效应和本体平衡反应。

通过选择其中不同接口，用户可以选择获得足够准确的系统描述所需的保真度级别。无论模型只需包含欧姆效应还是更复杂的情况（例如需要包含多种物质的质量传递和平衡反应），COMSOL Multiphysics^® 都可以根据需要为给定的物理系统无缝添加尽可能多的物质和反应。

壳电极中的电流传导

“电镀模块”包含电极，壳 接口对边界切向上的电流传导进行模拟，适用于对薄电极进行建模，其中电极法向上的电位变化可以忽略不计。在这种情况下，薄电极域被边界上的偏微分方程式所取代，可以减小问题的规模，并避免薄层中出现网格各向异性的潜在问题。

电化学反应动力学

“电镀模块”提供了对电化学电荷转移反应进行建模的能力，其中动力学表达式可以是建模变量的任意函数。这些变量包括化学物质浓度、电极-电解质界面处的局部电极和电解质电位、温度等。

您可以在二次电流分布 和三次电流分布 接口中输入电极动力学的参数，例如系统中电极反应的交换电流密度、阳极和阴极电荷转移系数、化学计量和平衡电位。我们还提供了在单个电极表面上添加竞争反应的功能，例如电镀电极上的析氢反应。此外，化学物质传递 分支下的化学 接口还可用于定义各种均相和非均相反应。

扩展的多物理场分析

“电镀模块”可以与 COMSOL 产品库中的其他附加产品结合使用，使用户能够将描述电镀或蚀刻过程的物理场与其他模块相互耦合。例如，与“传热模块”相结合以研究热效应的影响；或与“CFD 模块”相结合以了解涡流、湍流或两相流的影响。

电镀层及其成分

当沉积金属层或阳极厚度变化较小时，通过仿真能够准确跟踪镀层厚度，并预测这种变化可能对电极中的欧姆效应产生的影响，而无需实际改变几何形状。其中引入的厚度变量也会影响电极的局部电导率，而通过定义电极反应的化学计量系数、摩尔质量和沉积或消耗金属的密度，就可以根据电极动力学表达式自动计算电极厚度的变化。

移动电极表面的变形几何

“电镀模块”提供了预定义的多物理场接口，用于对电化学电池中的沉积或溶解过程引起的变形进行瞬态建模。这种建模方法利用了变形几何，其中边界的速度由电化学反应确定。

此外，我们还提供了水平集 和相场 接口用于电镀建模，其中电极表面的拓扑结构随电镀过程发生变化。

物质传递

“电镀模块”可用于模拟化学物质在稀溶液中通过扩散、对流和迁移进行的传递。多孔介质中的稀物质传递 接口用于计算物质浓度，以及自由和多孔介质中的传递，例如，固相基质完全固定或充气介质也假设为固定的情况。

Nernst-Planck 方程 接口可用于计算受电场作用的电解质的浓度。此外，还可用于模拟载流物质（离子）具有显著浓度梯度的通用电化学池。您还可以使用表面反应 接口来模拟表面物质的菲克输运。

传热

在电化学池中，存在着电解质或固体导体材料中的电荷传输、电极反应中的活化过电位以及混合热等现象，可能导致不可逆的电压损失。同时，由于电极反应中的熵变，还可能出现可逆的热源和热沉。

电化学热 多物理场耦合可用于根据电化学接口中不可逆热（焦耳热和活化损失）和可逆热效应的总和来定义热源。此外，在模型中的不同组件之间设置手动耦合时，您还可以使用电化学接口定义的热源变量，以更好地控制热管理。