Las dos noticias anteriores trataron el tema de corrosión, dando primero una introducción y luego ejemplos prácticos sobre el tema. En esta ocasión mostraremos el módulo de electroquímica (Electrochemistry Module) en COMSOL Multiphysics. Dicho módulo aborda problemas de índole electroquímica desde un punto de vista más general de lo que lo pudiera hacer Corrosion Module.

El Módulo de Electroquímica de COMSOL Multiphysics [1] es una extensión que permite a los usuarios realizar simulaciones y análisis relacionados con fenómenos electroquímicos. Algunas de sus principales características incluyen el modelado de sistemas electroquímicos. Por ejemplo, es posible simular reacciones químicas y electroquímicas, así como procesos de transferencia de carga y transporte de iones y electrones. El módulo otorga una amplia gama de aplicaciones tales como la corrosión, la electrólisis, la electroquímica ambiental, la batería y la celda de combustible, entre otros.

En cuanto al acoplamiento multifísico, este módulo permite acoplar las simulaciones electroquímicas con otros fenómenos físicos, como la transferencia de calor, la mecánica de sólidos, la transferencia de masa y más. Para aquello, posee una interfaz de usuario intuitiva para definir geometrías, propiedades del material y condiciones de contorno. En relación con la visualización y análisis de resultados, el módulo permite la visualización detallada de los resultados de simulación para comprender el comportamiento de los sistemas electroquímicos.

A continuación, presentamos un ejemplo resuelto con el módulo de Electroquímica. Se trata de un Wire Electrode [2], lo cual hace referencia al estudio de una celda electroquímica. Es un buen punto de partida para hacer visible las posibilidades de simular las distribuciones de densidad de corriente primaria, secundaria y terciaria. Para contextualizar, el modelo se puede considerar como una celda unitaria de un electrodo de malla metálica más grande que es común en varios procesos industriales. Uno de los aspectos más importantes en el diseño de celdas electroquímicas es la distribución de densidad de corriente en el electrolito y los electrodos. Distribuciones no uniformes de la densidad de corriente pueden ser perjudiciales para el funcionamiento de los procesos electroquímicos. En muchos casos, las partes de un electrodo que están sometidas a una alta densidad de corriente pueden degradarse a una tasa más rápida. El conocimiento de la distribución de la densidad de corriente es necesario para optimizar la utilización de los electrocatalizadores que suelen estar compuestos de metales nobles costosos. La deposición y el consumo no uniformes, las sobretensiones innecesariamente altas, las pérdidas de energía y las posibles reacciones secundarias no deseadas representan efectos que deben minimizarse. Este es el motivo por el cual el modelo apunta a obtener las distribuciones de densidad de corriente de una celda electroquímica arbitraria con electrodos metálicos. Ver la Figura de la cabecera, que muestra el Campo de flujo (arriba: diagrama de cortes con la magnitud de la velocidad) y el perfil de concentración (abajo: gráfico de superficie para el ánodo. Se incluye un corte con flechas de superficie para la dirección de la velocidad) a 1,8 V.

En resumen, el Módulo de Electroquímica de COMSOL Multiphysics es una herramienta esencial para modelar y analizar sistemas electroquímicos en una amplia gama de aplicaciones, brindando la capacidad de comprender y optimizar procesos y diseños relacionados con la electroquímica.

Referencias

[1] Electrochemistry Module de COMSOL
[2] Galería de aplicaciones de COMSOL: Wire Electrode