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COMSOL Multiphysics® 6.2 Release Highlights

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Neuerungen im Fuel Cell & Electrolyzer Module

Für Nutzer des Fuel Cell & Electrolyzer Module führt COMSOL Multiphysics® Version 6.2 ein neues Modell der Poren-Wand-Interaktion für die Gasdiffusion in porösen Medien (Knudsen-Diffusion) ein, sowie Funktionen zur Definition anisotroper Tortuositäten und die Möglichkeit, Kontaktwiderstände zu definieren. Hier erfahren Sie mehr über diese und weitere Updates.

Poren-Wand-Interaktion und Knudsen-Diffusivitäten für den Stofftransport in der Gasphase

Die Features H2 Gas Diffusion Layer, O2 Gas Diffusion Layer, H2 Gas Diffusion Electrode und O2 Gas Diffusion Electrode der Interfaces Hydrogen Fuel Cell und Water Electrolyzer enthalten jetzt ein neues Kontrollkästchen Include pore-wall interaction im Fenster Settings. Mit diesem Feature können Sie die Diffusivität der Wände entweder mit der Knudsen-Diffusivität oder mit benutzerdefinierten Werten definieren. Die Wechselwirkung zwischen Poren und Wänden gewinnt bei hohen Temperaturen in Kombination mit kleinen Porengrößen an Bedeutung, zum Beispiel bei Gasdiffusionselektroden auf der Basis von festen Oxiden und Elektrolyten. Das Tutorial-Modell Current Density Distribution in a Solid Oxide Fuel Cell und beide Versionen des Tutorial-Modells Solid Oxide Electrolyzer Using Thermodynamics wurden aktualisiert, um dieses neue Feature zu veranschaulichen.

Die Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics zeigt den Model Builder mit dem hervorgehobenen Knoten H2 Gas Diffusion Electrode, das entsprechende Einstellungsfenster und ein Elektrolyseur-Modell im Grafikfenster.
Das markierte Kästchen Include pore-wall interaction aktiviert die Verwendung der Knudsen-Diffusivität im Interface Water Electrolyzer im Tutorial-Modell Solid Oxide Electrolyzer Using Thermodynamics.

Anisotrope Tortuositäten

Für die Interfaces Hydrogen Fuel Cell und Water Electrolyzer können jetzt in den Knoten H2 Gas Diffusion Layer, O2 Gas Diffusion Layer, H2 Gas Diffusion Electrode und O2 Gas Diffusion Electrode anisotrope Tortuositäten verwendet werden, um effektive Diffusionskoeffizienten zu berechnen. Außerdem unterstützt das Interface Transport of Concentrated Species jetzt die anisotrope Tortuosität in porösen Medien. Mit dieser neuen Funktionalität können Sie unterschiedliche effektive Gasdiffusivitäten in der Ebene und durch die Ebene angeben. Sie können diese Funktionalität in dem aktualisierten Tutorial-Modell Species Transport in the Gas Diffusion Layers of a PEM sehen.

Die Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics zeigt den Model Builder mit dem hervorgehobenen Knoten H2 Gas Diffusion Layer, dem entsprechenden Einstellungsfenster und zwei Grafikfenstern.
Angabe anisotroper Tortuositäten im Interface Hydrogen Fuel Cell im Tutorial-Modell Gas Diffusion Layers of a PEM.

Kontaktwiderstand

Für das Elektrochemie-Interface ist es jetzt möglich, den Kontaktwiderstand in die externen Randbedingungen Electric Ground, Electric Potential, Electrode Current und Electrode Power aufzunehmen. Diese Funktionalität umgeht die Notwendigkeit, einen dünnen Bereich hinzuzufügen, um eine schlecht leitende Schicht zu beschreiben, was zu einem sehr dichten Netz mit vielen zusätzlichen Freiheitsgraden führen würde. Die Möglichkeit, Kontakt hinzuzufügen, ermöglicht eine geringe Rechenlast bei gleichbleibender Genauigkeit.

Diese Funktionalität ist jetzt auch in den Interfaces Hydrogen Fuel Cell und Water Electrolyzer enthalten. Darüber hinaus kann der neue Unterknoten Internal Electrode Contact Resistance zu inneren Rändern mit Electrode Conducting Phase hinzugefügt werden, zum Beispiel zwischen Gas Diffusion Layer und Gas Diffusion Electrode. Kontaktwiderstände an Elektroden-Elektrolyt-Grenzflächen können jetzt auch über den Abschnitt Film resistance in den Einstellungen der folgenden Features definiert werden:

  • H2 Electrode Surface
  • O2 Electrode Surface
  • Internal H2 Electrode Surface
  • Internal O2 Electrode Surface
  • Thin H2 Gas Diffusion Electrode
  • Thin O2 Gas Diffusion Electrode

Diese Neuerungen sind in den Tutorial-Modellen Nonisothermal PEM Fuel Cell und Low-Temperature PEM Fuel Cell with Serpentine Flow Field zu sehen.

Die Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics zeigt den Model Builder mit dem hervorgehobenen Knoten Internal Electrode Contact Resistance, das entsprechende Einstellungsfenster und ein Brennstoffzellenmodell im Grafikfenster.
Der mithilfe des Knotens Internal Electrode Contact Resistance hinzugefügte Kontaktwiderstand im Tutorial-Modell Nonisothermal PEM Fuel Cell.

Neue Interfaces für gekoppelte freie Strömung und Strömung in porösen Medien

Ein neues Multiphysik-Interface Free and Porous Media Flow, Darcy fügt dem Modellbaum ein Interface Darcy's Law, ein Interface Laminar Flow und ein neues Multiphysik-Interface Free and Porous Media Flow Coupling hinzu. Dieses Multiphysik-Interface kann zusammen mit dem neuen Interface Phase Transport in Free and Porous Media Flow verwendet werden, um den Mehrphasentransport in freier Strömung und Strömung in porösen Medien nahtlos zu modellieren.

Die Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics zeigt den hervorgehobenen Multiphysik-Kopplungsknoten Free and Porous Media Flow Coupling, das entsprechende Einstellungsfenster und ein Mehrphasen-Kanalströmungsmodell im Grafikfenster.
Mehrphasige Kanalströmung, bei der eine zweite Phase durch einen angrenzenden porösen Bereich eintritt.

Aktualisiertes Tutorial-Modell

COMSOL Multiphysics® Version 6.2 enthält ein aktualisiertes Tutorial-Modell für das Fuel Cell & Electrolyzer Module.

Shunt Currents in an Alkaline Electrolyzer Stack

Ein Elektrolyse-Stack-Modell, das den Nebenschlussstrom in Prism-Stromlinien zeigt.
Ein Modell eines alkalischen Elektrolyse-Stacks mit Nebenschlussstromlinien in den Einlass- und Auslasskanälen und Verteilern.

Application Library Titel:
aec_shunt_currents
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