电化学模块学习与运行错误之橙子电池

橘子电池
- 1.模拟内容
- - 1.１橙子电池电极反应
- 2.模拟步骤
- - 2.1创建新模型
  - 2.2绘制几何
  - 2.３载入参数
  - 2.４定义及创建电流分布模型
  - 2.５模型计算与研究结果
  - 2.６扩展模型与研究
- ３.疑问

comsol官网提供的电化学模块学习文件里提供了两个学习案例，一个是橙子电池，一个是循环伏安法，我跟着这份文件实操了一遍，发现我的运行结果与官网给的不一样，难道是因为用的是破解版？目前疑问仍未解决，暂时先记录一下模拟过程及结果，以加深学习。
补充：另外发现comsol官网上还有另一份关于橙子电池案例的文件，这份文件上面的步骤在温度与电极反应部分的参数设定上与“电化学模块学习文件中不同”。经模拟发现，后一份专门介绍橙子电池的步骤更加准确，运行结果与案例结果更加靠近。

橘子电池

1.模拟内容

案例主要就是模拟了两根金属钉与橙子构成的电池(腐蚀电池)中的电流和溶解金属离子浓度

1.１橙子电池电极反应

具有柠檬酸以及其他离子的橙子作为电解质，而两根不同材料的金属钉则构成电极，并组成形成一个原电池。
锌钉上（阳极，发生氧化反应）：
铜钉上（阴极，发生还原反应（析氢反应））：
注意：此处的标准电极电势是在标准状态下，相对于标准氢标准电极(SHE)的平衡电位

2.模拟步骤

2.1创建新模型

确定物理场接口：二次电流分布
确定研究状态：稳态

2.2绘制几何

绘制研究对象即橙子电池，部件包括橙子及两个电极，用几何图形来表示就是：

实际对象	几何模型	大小(m)	位置
橙子	球体	半径0.05	圆心(0,0,0)
锌钉	圆柱体	半径0.002，高度0.05	圆柱体底面圆心(-0.02,0,0.02)
铜钉	圆柱体	同上	圆柱体底面圆心(0.02,0,0.02)

2.３载入参数

所给参数	参数依据
氢离子浓度	橙子内部ＰＨ＝４
电极平衡电位	能斯特方程
传递系数	暂时不知道

2.４定义及创建电流分布模型

首先定义研究变量为锌浓度变化
接着根据电池电流分布分别添加讨论对象：

电解质（定义电导率）
电极表面（定义边界）
电极反应（定义温度，平衡电位（基于能斯特方程），动力学类型，交换电流密度以及传递系数）
电解质电势初始值（一般使用接地电极平衡电位的负值）

2.５模型计算与研究结果

先进行计算后利用数据进行绘图

使用三维等势面图来显示电解质中的电势场

案例图	实际模拟图	差异与疑问
		等势面基本相同，但图形颜色不知为何不随图例变化

使用稳态研究步骤中的辅助扫描来求解一个范围内的电池电流，创建极化曲线图

案例图	实际模拟图	差异与疑问
		案例给的极化曲线不是直线，而我画出来的是直线，不知道为什么，另外还不知怎么调整坐标刻度

2.６扩展模型与研究

研究在某一加载电流下，电池电压随时间的变化曲线，为的是描述锌离子的质量传递。
添加物理场：化学物质传递下的稀物质传递

接着耦合电极表面处的电化学反应电流与离子通量，输入耦合反应信息（锌电极反应），定义瞬态模拟初始时刻的初始锌离子浓度，最后修改锌电极的平衡电位以及交换电流密度为与锌离子的局部浓度相关。

设定研究方式：带初始化的瞬态研究
绘图：以显示锌浓度等值面为例

案例图	实际模拟图	差异与疑问
		问题仍出现在图形颜色不显示

３.疑问

案例模拟了一个橙子原电池的电解质电位分布以及分析了电池运行过程中的极化曲线，并分析了电池运行过程中由于锌离子浓度变化（质量传递）而引起的电池电位变化。
目前存在较多疑问，比如整个模拟流程是怎么样的，是先定义，计算再利用计算结果绘图吗？感觉有些地方没有明确设定图形的要求，如ｘ轴是什么数据，ｙ轴是什么数据，提取数据的过程也模糊。另外还没摸清怎么修改图形，让图形更美观。
在物理场方面，还没弄懂物理场的考虑，即应该添加什么物理场，如何定义等等。

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