电镀模块

一次、二次和三次电流密度分布

COMSOL Multiphysics^®及其“电镀模块”为用户提供了现成且用户友好的接口，用于对电镀过程进行建模。一次电流分布、二次电流分布和三次电流分布接口涵盖了基本功能，能够使用极化曲线对电流分布和表面动力学进行建模，并在模型中包含质量传递效应和本体平衡反应。

通过选择其中不同接口，用户可以选择获得足够准确的系统描述所需的保真度级别。无论模型只需包含欧姆效应还是更复杂的情况（例如需要包含多种物质的质量传递和平衡反应），COMSOL Multiphysics^®都可以根据需要为给定的物理系统无缝添加尽可能多的物质和反应。

壳电极中的电流传导

“电镀模块”包含电极，壳接口对边界切向上的电流传导进行模拟，适用于对薄电极进行建模，其中电极法向上的电位变化可以忽略不计。在这种情况下，薄电极域被边界上的偏微分方程式所取代，可以减小问题的规模，并避免薄层中出现网格各向异性的潜在问题。

电化学反应动力学

“电镀模块”提供了对电化学电荷转移反应进行建模的能力，其中动力学表达式可以是建模变量的任意函数。这些变量包括化学物质浓度、电极-电解质界面处的局部电极和电解质电位、温度等。

您可以在二次电流分布和三次电流分布接口中输入电极动力学的参数，例如系统中电极反应的交换电流密度、阳极和阴极电荷转移系数、化学计量和平衡电位。我们还提供了在单个电极表面上添加竞争反应的功能，例如电镀电极上的析氢反应。此外，化学物质传递分支下的化学接口还可用于定义各种均相和非均相反应。

扩展的多物理场分析

“电镀模块”可以与 COMSOL 产品库中的其他附加产品结合使用，使用户能够将描述电镀或蚀刻过程的物理场与其他模块相互耦合。例如，与“传热模块”相结合以研究热效应的影响；或与“CFD 模块”相结合以了解涡流、湍流或两相流的影响。

电镀层及其成分

当沉积金属层或阳极厚度变化较小时，通过仿真能够准确跟踪镀层厚度，并预测这种变化可能对电极中的欧姆效应产生的影响，而无需实际改变几何形状。其中引入的厚度变量也会影响电极的局部电导率，而通过定义电极反应的化学计量系数、摩尔质量和沉积或消耗金属的密度，就可以根据电极动力学表达式自动计算电极厚度的变化。

移动电极表面的变形几何

“电镀模块”提供了预定义的多物理场接口，用于对电化学电池中的沉积或溶解过程引起的变形进行瞬态建模。这种建模方法利用了变形几何，其中边界的速度由电化学反应确定。

此外，我们还提供了水平集和相场接口用于电镀建模，其中电极表面的拓扑结构随电镀过程发生变化。

物质传递

“电镀模块”可用于模拟化学物质在稀溶液中通过扩散、对流和迁移进行的传递。多孔介质中的稀物质传递接口用于计算物质浓度，以及自由和多孔介质中的传递，例如，固相基质完全固定或充气介质也假设为固定的情况。

Nernst-Planck 方程接口可用于计算受电场作用的电解质的浓度。此外，还可用于模拟载流物质（离子）具有显著浓度梯度的通用电化学池。您还可以使用表面反应接口来模拟表面物质的菲克输运。

传热

在电化学池中，存在着电解质或固体导体材料中的电荷传输、电极反应中的活化过电位以及混合热等现象，可能导致不可逆的电压损失。同时，由于电极反应中的熵变，还可能出现可逆的热源和热沉。

电化学热多物理场耦合可用于根据电化学接口中不可逆热（焦耳热和活化损失）和可逆热效应的总和来定义热源。此外，在模型中的不同组件之间设置手动耦合时，您还可以使用电化学接口定义的热源变量，以更好地控制热管理。