技术论文和演示文稿

电化学是固有的表面过程，需要试剂向电极表面运输。在电化学反应器中，这通常会导致传质限制问题，从而限制了反应器的产率和效率。尽管学术界正在开发越来越活跃的电催化剂，但向电极表面的质量转移仍然不发达。随着增材制造技术（例如3D打印）的兴起，我们证明了与扁平电极相比，结构化的3D电极可能会导致效率的显着提高。尽管如此，仍然缺乏最佳电极设计的见解。

在这项工作中，我们使用COMSOL®模拟来洞悉不同柱电极的传质性能。通过使用电池和燃料电池模块，为每个柱电极设计计算了固定层流和浓度曲线，从而使体积传质系数是施加的流体动力参数的函数。从这些结果可以看出，传质系数随柱状，岩石间距离和支柱大小而有很大变化。将柱状从圆柱形柱变为钻石形的形状，导致大传质特性增加了两倍，并在关键工作条件下（即流体速度和压降）显示出显着的混合效应。降低岩石间距离导致质量转移特性增加50倍，而不会增加压降或抽水成本。不同柱子大小的模拟表明，柱子的大小最佳，产生最大的传质特性。显然，通过计算流体动力学模拟可以获得电极设计中必要的见解，为改进的电极和电化学反应器设计打开了大门。