close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

СТЕНД2

код для вставкиСкачать
Определение коэффициента диффузии в программе COMSOL Multipysics 4.4
Руководитель: Козадеров О.А., доц.,к.х.н.
Выполнила: Дьяконова Ольга, магистр 2 г/об.
Целью данной работы являлось компьютерное моделирование катодного восстановления металла в потенциостатическом режиме
Задачи:
1-рассчитать концентрационный профиль катодного восстановления металла
2-рассчитать плотность тока катодного восстановления металла от времени
3-сопоставить рассчитанное значение коэффициента диффузии с теоритическим значением
Для описания токов, связанных с электродными реакциями, необходимо решить уравнение второго закона линейной диффузии Фика, записанное для вещества Ox:
которое восстанавливается по реакции: Ox+2z→Red
Отношение концентраций Ох и Red на поверхности электрода описывается уравнением Нернста:
Для решения уравнения Фика необходимо определить начальные и граничные условия:
Начальное условие:
Данное условие означает, что перед началом электролиза концентрация деполяризатора в растворе по всей системе одинакова
Граничное условие:
Электролиз вызывает изменения концентраций только на поверхности электрода или вблизи от него. На достаточном расстоянии от электрода даже после длительного электролиза
концентрация COx будет практически равна начальной концентрации.
В хроноамперометрическом методе нужно ввести дополнительные условия, которые выражает изменение концентрации Cox на поверхности электрода. Это условие можно
сформулировать на основе уравнения Нернста, которое определяет концентрацию Сox(0,t) для данного потенциала электрода. Однако конечное уравнения будут проще, если
предположить, что концентрация формы Ox на поверхности электрода равна нулю
Концентрационный градиент вблизи поверхности
Концентрационный градиент вблизи поверхности
электрода при перенапряжении 0,05 В (время 6 секунды)
электрода при перенапряжении 0,1 В (время 4 секунды)
До описания зависимости тока от времени с момента начала электролиза в потенциостатических условиях следует рассчитать
производную
И полученное выражение связать с общим уравнением силы тока
(2)
(1)
Для вычисления производной продифференцируем данное выражение по оси х
При x=0 выражение (3) преобразуется в :
(3)
(4)
(5)
Можно провести обратное преобразование этого выражения. В результате получается зависимость
В сочетании с уравнением (2) это уравнение дает зависимость предельного тока от времени
(6)
Предельный ток-это максимальный ток который может быть достигнут в данных условиях. Его величина зависит от концентрации
деполяризатора Сox и коэффициента диффузии D, площади электрода А и продолжительности электролиза t. F- число Фарадея, а n- число
электронов в элементарном электродном процессе ( в нашем случае это 2).
Это уравнение впервые вывел Коттрель. Из уравнения (6) можно выразить коэффициент диффузии и рассчитать его.
Зависимость плотности тока от времени,
перестроенного в координатах Коттреля
Зависимость предельного тока от времени для
плоского электрода при постоянном потенциале
Все хроноамперометрические
кривые имеют спадающий
участок, обусловленный
исчерпанием активных центров
подложки, перекрыванием зон
экранирования или коалесценцией
растущих кристаллов.
Спадающий участок затем
стремится к предельному току,
отвечающему линейному
массопереносу ионов к подложке.
Форма транзиентов не меняется с
увеличением перенапряжения
2.5
А/м2
2
0,05
0,06
0,1
1.5
0,2
0,3
1
0,4
0.5
2.23E+02
i, A/м2
2.03E+02
0,05
1.83E+02
0,06
0,1
1.63E+02
0,2
0,3
0,4
1.43E+02
1.23E+02
t-1/2, c-1/2
1.03E+02
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
0.55
t, сек
0
0
20
40
60
80
100
120
Значение коэффициента диффузии при
различном перенапряжении
Перенапряжение
η, [В]
Значение коэффициента
диффузии D, [м2/с]
0.05
1.010*10-9
0.06
1.010*10-9
0.1
1.072*10-9
0.2
1.030*10-9
0.3
1.018*10-9
0.4
1.006*10-9
Все хроноамперокривые кривые спрямляются в координатах
Коттреля в начало координат. Это может свидетельствовать о том, что
идет чисто диффузионный процесс. и реакция подчиняется законам
диффузионной кинетики. Основная реакция ничем не осложнена,
нет никаких побочный реакций. По значению наклону прямых линий
рассчитывается коэффициент диффузии, его значения приведены в
таблицы в зависимости от различных значений перенапряжения
Выводы:
1-изучили программу COMSOL Multipysics 4.4, освоили основные её
компоненты и части
2-растичалии концентрационный профиль катодного восстановления двухзарядного металла
3- по формуле Коттреля рассчитали коэффициент диффузии его средняя
величина составляет: 1,024*10-9 м2/с . Это величина хорошо коррелирует с
величиной коэффициента диффузии, которая автоматически задается в
программе. Следовательно можно сделать вывод о том, что программу
COMSOL Multipysics 4.4 можно использовать при расчетах коэффициента
диффузии и других электрохимических задач
0.6
0.65
Автор
Oleg Kozaderov
Документ
Категория
Презентации по физике
Просмотров
14
Размер файла
435 Кб
Теги
стенд
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа