電化學模塊學習與運行錯誤之橙子電池

• 橘子電池
• • 1.模擬內(nèi)容
  • • 1.１橙子電池電極反應(yīng)
  • 2.模擬步驟
  • • 2.1創(chuàng)建新模型
    • 2.2繪制幾何
    • 2.３載入?yún)?shù)
    • 2.４定義及創(chuàng)建電流分布模型
    • 2.５模型計算與研究結(jié)果
    • 2.６擴展模型與研究
  • ３.疑問

comsol官網(wǎng)提供的 電化學模塊學習文件里提供了兩個學習案例，一個是橙子電池，一個是循環(huán)伏安法，我跟著這份文件實操了一遍，發(fā)現(xiàn)我的運行結(jié)果與官網(wǎng)給的不一樣，難道是因為用的是破解版？目前疑問仍未解決，暫時先記錄一下模擬過程及結(jié)果，以加深學習。
補充：另外發(fā)現(xiàn)comsol官網(wǎng)上還有另一份 關(guān)于橙子電池案例的文件，這份文件上面的步驟在溫度與電極反應(yīng)部分的參數(shù)設(shè)定上與“電化學模塊學習文件中不同”。經(jīng)模擬發(fā)現(xiàn)，后一份專門介紹橙子電池的步驟更加準確，運行結(jié)果與案例結(jié)果更加靠近。

橘子電池

1.模擬內(nèi)容

案例主要就是模擬了兩根金屬釘與橙子構(gòu)成的電池(腐蝕電池)中的電流和溶解金屬離子濃度

1.１橙子電池電極反應(yīng)

具有檸檬酸以及其他離子的橙子作為電解質(zhì)，而兩根不同材料的金屬釘則構(gòu)成電極，并組成形成一個原電池。
鋅釘上（陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)）：
銅釘上（陰極，發(fā)生還原反應(yīng)（析氫反應(yīng)））：
注意：此處的標準電極電勢是在標準狀態(tài)下，相對于標準氫標準電極(SHE)的平衡電位

2.模擬步驟

2.1創(chuàng)建新模型

確定物理場接口：二次電流分布
確定研究狀態(tài)：穩(wěn)態(tài)

2.2繪制幾何

繪制研究對象即橙子電池，部件包括橙子及兩個電極，用幾何圖形來表示就是：

實際對象幾何模型大小(m)位置

橙子	球體	半徑0.05	圓心(0,0,0)
鋅釘	圓柱體	半徑0.002，高度0.05	圓柱體底面圓心(-0.02,0,0.02)
銅釘	圓柱體	同上	圓柱體底面圓心(0.02,0,0.02)

2.３載入?yún)?shù)

所給參數(shù)參數(shù)依據(jù)

氫離子濃度	橙子內(nèi)部ＰＨ＝４
電極平衡電位	能斯特方程
傳遞系數(shù)	暫時不知道

2.４定義及創(chuàng)建電流分布模型

首先定義研究變量為鋅濃度變化
接著根據(jù)電池電流分布分別添加討論對象：

• 電解質(zhì)（定義電導率）
• 電極表面（定義邊界）
• 電極反應(yīng)（定義溫度，平衡電位（基于能斯特方程），動力學類型，交換電流密度以及傳遞系數(shù)）
• 電解質(zhì)電勢初始值（一般使用接地電極平衡電位的負值）

2.５模型計算與研究結(jié)果

先進行計算后利用數(shù)據(jù)進行繪圖

使用三維等勢面圖來顯示電解質(zhì)中的電勢場

案例圖實際模擬圖差異與疑問

		等勢面基本相同，但圖形顏色不知為何不隨圖例變化

使用穩(wěn)態(tài)研究步驟中的輔助掃描來求解一個范圍內(nèi)的電池電流，創(chuàng)建極化曲線圖

案例圖實際模擬圖差異與疑問

		案例給的極化曲線不是直線，而我畫出來的是直線，不知道為什么，另外還不知怎么調(diào)整坐標刻度

2.６擴展模型與研究

研究在某一加載電流下，電池電壓隨時間的變化曲線，為的是描述鋅離子的質(zhì)量傳遞。
添加物理場：化學物質(zhì)傳遞下的稀物質(zhì)傳遞

接著耦合電極表面處的電化學反應(yīng)電流與離子通量，輸入耦合反應(yīng)信息（鋅電極反應(yīng)），定義瞬態(tài)模擬初始時刻的初始鋅離子濃度，最后修改鋅電極的平衡電位以及交換電流密度為與鋅離子的局部濃度相關(guān)。

設(shè)定研究方式：帶初始化的瞬態(tài)研究
繪圖：以顯示鋅濃度等值面為例

案例圖實際模擬圖差異與疑問

		問題仍出現(xiàn)在圖形顏色不顯示

３.疑問

案例模擬了一個橙子原電池的電解質(zhì)電位分布以及分析了電池運行過程中的極化曲線，并分析了電池運行過程中由于鋅離子濃度變化（質(zhì)量傳遞）而引起的電池電位變化。
目前存在較多疑問，比如整個模擬流程是怎么樣的，是先定義，計算再利用計算結(jié)果繪圖嗎？感覺有些地方?jīng)]有明確設(shè)定圖形的要求，如ｘ軸是什么數(shù)據(jù)，ｙ軸是什么數(shù)據(jù)，提取數(shù)據(jù)的過程也模糊。另外還沒摸清怎么修改圖形，讓圖形更美觀。
在物理場方面，還沒弄懂物理場的考慮，即應(yīng)該添加什么物理場，如何定義等等。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的【comsol学习1】-电化学模块学习与运行错误之橙子电池的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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