Electrochemistry Module
Electrochemistry Module
Model Electroanalysis, Electrolysis, and Electrodialysis with the Electrochemistry Module
A voltametria cíclica é uma técnica comum para a análise eletroquímica na qual o potencial do eletrodo de trabalho é variado ao longo de uma faixa de tensão elétrica enquanto a corrente é registrada.
Do Pesquisador de Laboratório ao Engenheiro Eletroquímico Industrial
O Electrochemistry Module expande as possibilidades na concepção, compreensão e otimização de sistemas eletroquímicos graças à simulação precisa. Este produto oferece benefícios significativos aos pesquisadores no laboratório ou ao engenheiro industrial eletroquímico. Recursos como modelagem de mecanismos de reação eletroquímica, transporte de massa e distribuições de densidade de corrente permitem a simulação eficiente para aplicações que incluem eletrólise, eletrodiálise, eletroanálise, sensores eletroquímicos e bioeletroquímica.
Interfaces para Distribuições de Corrente Primária, Secundária e Terciária
O Electrochemistry Module cobre uma ampla gama de aplicações que envolvem reações eletroquímicas. Isso se dá através das interfaces para distribuições de corrente primária, secundária e terciária; eletroanálise; escoamento em meios livres e porosos; transferência de calor; reações químicas heterogêneas e homogêneas; e transporte de espécies em soluções diluídas e concentradas. Possíveis aplicações incluem o estudo e a concepção da eletrólise de cloro-álcali e clorato, eletrólise da água para produção de hidrogênio e oxigênio, tratamento de águas residuais, dessalinização da água do mar, estudos fundamentais de eletroquímica em eletrocatálise e eletroanálise e sensores de glicose, pH, hidrogênio e outros gases.
Imagens adicionais:
Distribuição de corrente secundária em uma célula de cloro-álcali.
Você pode modelar a densidade de carga em camadas duplas difusas sem ter que considerar a neutralidade da carga acoplando a equação de Poisson para o potencial às equações de Nernst-Planck para o transporte iônico.
Diagrama de Nyquist para uma gama de frequências e constantes de taxa heterogêneas da cinética de eletrodos.
Interfaces para Análise Eletroquímica
Os recursos dedicados do Electrochemistry Module permitem simular estudos de amperometria, potenciometria, impedância eletroquímica e coulombimetria, sem falar em uma interface incluída especificamente para a voltametria cíclica. Propriedades como densidades de corrente de troca, coeficientes de transferência de carga, áreas superficiais ativas específicas, difusividades e mecanismos de reação podem ser determinadas com os resultados combinados de experimentos e simulações. Estes podem, posteriormente, ser usados em aplicações industriais para a modelagem precisa e a otimização do projeto.
Total Suporte para Aplicações que Envolvem Reações Eletroquímicas
As interfaces embutidas no Electrochemistry Module permitem modelar sistemas assumindo distribuições de corrente primária, secundária ou terciária. A distribuição de corrente primária utiliza a Lei de Ohm junto com um balanço de carga para modelar o fluxo de corrente tanto no eletrólito quanto nos eletrodos, ao mesmo tempo em que considera desprezíveis as perdas no potencial elétrico das reações eletroquímicas. A distribuição de corrente secundária inclui essas perdas com base na reação e é modelada através de interfaces para as equações de Tafel e Butler-Volmer. Essas também suportam modificações e expressões personalizadas. As interfaces incluem potencial elétrico como parte da cinética das reações eletroquímicas.
Em muitos sistemas de reação, nas proximidades dos eletrodos, a concentração do eletrólito não é constante. Nesses casos, deve-se considerar os efeitos da difusão e da convecção, além da migração. O Electrochemistry Module oferece uma interface para distribuições de corrente terciária que usa a equação de Nernst-Planck para descrever o transporte de espécies químicas no eletrólito. Usando os recursos sem precedentes do COMSOL Multiphysics, esta interface pode ser acoplada impecavelmente a outras interfaces que descrevem o escoamento e a transferência de calor.
Electrochemistry Module
Recursos do Produto
- Análise de distribuição de densidade de corrente primária e secundária, assumindo condições de eletrólitos constantes
- Modelo de cinética de reação eletroquímica através das equações de Tafel e Butler-Volmer
- Simulação de distribuição de densidade de corrente ternária usando equações de Nernst-Planck, assumindo eletroneutralidade
- Suporte da migração iônica em função da temperatura através das relações Nernst-Einstein
- Análise do comportamento eletroquímico de eletrodos porosos com correção de fatores para condutividade efetiva
- Suporte para correções de condutividade de Burggeman, utilizando fração volumétrica do eletrólito
- Suporte para considerações de capacitância de dupla camada em cinéticas de eletrodo além da limitação de densidade de corrente
- Fácil inclusão de perda de potencial na interface eletrodo-eletrólito por resistência do filme
- Inclusão de perturbação harmônica para estudos de Impedância AC e potenciais referências para outras aplicações de eletroanálise
- Fácil inclusão de condições de suporte do eletrólito para eletroanálise
- Interface específica para Voltametria cíclica
- Transporte de espécies, Transferência de calor e escoamento fluido em meio livre e poroso
- Suporte para reações catalíticas de superfície onde espécies podem serem transportadas através das superfícies
- Diagramas de Nyquist e Bode de Impedância AC
Áreas de Aplicação
- Eletroanálise
- Eletrólise
- Eletrodiálise
- Sensores eletroquímico
- Bioeletroquímica
- Sensores de Glucose
- Sensores de gases
- Eletrólise Cloro-álcalis
- Produção de hidrogênio e oxigênio
- Dessalinização de água do mar
- Produção de água ultra-pura
- Tratamento eletrólito gasto
- Controle de pH de alimentos líquidos
- Controle de reações eletroquímica em implantes biomédicos
Modeling the Electrochemistry of Blood Glucose Test Strips
Stephen Mackintosh Lifescan Scotland UK
Lifescan Scotland is a medical device company that designs and manufactures blood glucose monitoring kits for the global diabetes market. These involve the self-monitoring of blood glucose levels through specialized monitoring systems and test strips that comprise of a plastic substrate, two carbon-based electrodes, a thin dry reagent layer, and ...
Cyclic Voltammetry
Cyclic voltammetry is a common analytical technique for investigating electrochemical systems. In this method, the potential difference between a working electrode and a reference electrode is swept linearly in time from a start potential to a vertex potential, and back again. The current-voltage waveform, called a voltammogram, provides ...
Current Distribution in a Chlor-Alkali Membrane Cell
The chlor-alkali membrane process is one of the largest in industrial electrolysis with the production of roughly 40 million metric tons of both chlorine and caustic soda per year. Chlorine is used predominantly for the production of vinyl chloride monomer, which in turn is used for the production of poly vinyl chloride (PVC). Current density in ...
Desalination in an Electrodialysis Cell
Electrodialysis is a separation process for electrolytes based on the use of electric fields and ion selective membranes. Some common applications of the electrodialysis process are: - Desalination of process streams, effluents, and drinking water - pH regulation in order to remove acids from, for example, fruit juices and wines - ...
Electrochemical Treatment of Tumors
This model incorporates the transport and electrolytic reaction in the treatment of tumor tissue. Oxygen evolution at the anode produces protons, which lowers the pH, while chlorine production also leads to lowered pH through the hydrolysis of chlorine. One effect of a low pH is the permanent destruction of haemoglobin in the tissue, resulting ...
Diffuse Double Layer With Charge Transfer
In the diffuse double layer and within the first few nanometers of an electrode surface, the assumption of electroneutrality is not valid due to charge separation. Typically, the diffuse double layer may be of interest when modeling very thin layers of electrolyte including those in electrochemical capacitors and microelectrodes. This example ...
Wire Electrode
The electrochemical cell shown in this model can be regarded as a unit cell of a larger wire-mesh electrode that is common in many industrial processes. One of the most important aspects in the design of electrochemical cells is the current density distributions in the electrolyte and electrodes. Non-uniform current density distributions can be ...
Electrochemical Impedance Spectroscopy
Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) is a common technique in electroanalysis. It is used to study the harmonic response of an electrochemical system. A small, sinusoidal variation is applied to the potential at the working electrode, and the resulting current is analyzed in the frequency domain. The real and imaginary components of the ...
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