چرا کاربردهای الکتروشیمیایی مدل؟

قرار دادن رشته الکتروشیمی در یک رشته مهندسی سنتی تر همیشه سخت بوده است. گروه ها و مؤسساتی که بر کاربردهای الکتروشیمیایی تمرکز دارند را می توان در دانشکده های مهندسی شیمی، فیزیک، علوم مواد، شیمی فیزیک و حتی مهندسی عمران و مهندسی برق یافت. من معتقدم این به این دلیل است که الکتروشیمی به شدت در کاربردهایی که کاملاً متنوع هستند – و از جهاتی کاملاً جدید هستند، دخیل است. کاربردهای الکتروشیمیایی قبل از درک و بهینه سازی باید مورد مطالعه قرار گیرند، اما انجام آزمایشی این کار همه پاسخ ها را نمی دهد.

مطالعه تجربی الکتروشیمی دشوار است

الکتروشیمی جزء کارکرد باتری‌ها و پیل‌های سوختی است که متعلق به صنایع برق و خودرو هستند، در حالی که فرآیندهای الکتروشیمیایی مسئول بیشتر خوردگی در جهان هستند ، چیزی که اغلب توسط دانشمندان مواد و مهندسان عمران مورد مطالعه قرار می‌گیرد. ماشین‌کاری الکتروشیمیایی، اچینگ و رسوب‌گذاری در صنعت الکترونیک رایج است، اما ممکن است توسط شیمی‌دانان فیزیک مورد مطالعه قرار گیرد.. با این حال، در تمام این موقعیت‌ها، مطالعه تجربی شیمی و فیزیک آنچه در یک فرآیند الکتروشیمیایی اتفاق می‌افتد دشوار است – واکنش‌های الکتروشیمیایی گاهی اوقات به صورت پنهان در یک محیط متخلخل یا، همانطور که اغلب در مورد خوردگی اتفاق می‌افتد، روی می‌دهند. مدت چندین سال در بسیاری از موقعیت‌ها می‌توانید جریان‌ها و ولتاژهای سراسری را که روی سیستم قرار می‌گیرند اندازه‌گیری کنید، اما اندازه‌گیری بیش‌پتانسیل فعال‌سازی یا چگالی جریان در سطح الکترود تقریباً غیرممکن است. برای درک کامل و بهینه سازی فرآیندها، تجهیزات و محیط های اطراف خود، لازم است این کاربردهای الکتروشیمیایی را نیز مدل کنید.

COMSOL قبلاً به مدل‌سازی کاربردهای الکتروشیمیایی پاسخ می‌دهد…

COMSOL به تعدادی از صنایعی که نیاز به بررسی کاربردهای الکتروشیمیایی دارند، پاسخ می دهد. ماژول باتری‌ها و پیل‌های سوختی ما دارای ویژگی‌های مرتبط برای این نوع مدل‌سازی است، مانند بهینه‌سازی خواص مواد و پیکربندی الکترودها، جداکننده‌ها، کلکتورهای جریان و فیدرها، کانال‌های تغذیه، غشاها و الکترولیت‌ها. ماژول رسوب الکترود نه تنها برای مدل‌سازی واکنش‌های الکتروشیمیایی که در سطوح الکترود رخ می‌دهند، بلکه برای دربرداشتن اثرات سیستم اطراف، مانند انتقال همرفتی الکترولیت، و محافظ و پوششی که ممکن است برای افزایش رسوب یا رسوب استفاده شود، ایده‌آل است . فرآیندهای اچینگ در حالی که ماژول خوردگیبدیهی است که فرآیندهای خوردگی اساسی مانند خوردگی گالوانیکی، حفره‌ای و شکافی را شبیه‌سازی می‌کند، همچنین برای مدل‌سازی فرآیندهای حفاظت در برابر خوردگی، مانند ICCP و آندهای قربانی، و حتی برای کنترل پتانسیل‌های الکتریکی زیر آب که می‌توانند برای از بین بردن انرژی مورد استفاده قرار گیرند، مفید است . موقعیت زیردریایی ها

… اما ممکن است کارهای بیشتری وجود داشته باشد

سپس، زمانی که قبلاً با مدل‌سازی برنامه‌های الکتروشیمیایی کار کرده‌ام، در این زمینه‌ها نبود. در واقع، من برخی از قدیمی ترین کاربردهای الکتروشیمیایی را مطالعه کردم. تولید معمولی سود سوزآور، کلر و کلرات. الکترولیز صنعتی نیز پاسخگوی تولید آلومینیوم و حتی هیدروژن و اکسیژن است. اینها برخی از بزرگترین روش های تولید و مقادیر مواد در صنایع فرآیندی جهان را تشکیل می دهند.

در سطحی دیگر، علم در حال رشد مطالعه سیستم های بیولوژیکی و وابستگی آنها به الکتروشیمی است . ما نمونه‌ای از درمان الکتروشیمیایی یک تومور داریم که از رابط معادلات نرنست-پلانک برای تعریف سینتیک واکنش الکتروشیمیایی رقیب فرآیندهای تکامل کلر و اکسیژن در آند استفاده می‌کند. تولید هر دوی این مواد شیمیایی در تومور به میزان قابل توجهی مقادیر pH را در هر یک از الکترودهای مربوطه کاهش می دهد که منجر به تخریب تومور می شود. این نمونه دیگری از الکتروشیمی است که در یک زمینه غیر سنتی، شاید این بار در مهندسی زیست پزشکی، نشان داده شده است.

پروفایل pH درون تومور در مراحل زمانی مختلف در طول درمان در مدت شش دقیقه.

چگالی کل جریان (خط آبی) و چگالی جریان برای واکنش های تکامل کلر (خط قرمز) و اکسیژن (خط سبز) در مدت شش دقیقه.