Simulation der Stromdichteverteilung

• Software: COMSOL Multiphysics®
• Module: Basic COMSOL Multiphysics®, Electrodeposition, CAD Import, Design, Particle Tracing, Material Library

Die Software ermöglicht die Modellierung elektrochemischer Zellen und wird für die Beschreibung der Stromdichteverteilung und der zu erwartenden Schichtdickenverteilung auf einer Kathode im galvanischen Prozess verwendet.
Die Simulation der Abscheidung dient als Hilfestellung für die Auslegung von Gestellen und Beschichtungsanlagen. Die Gestaltung und Positionierung von Blenden und Hilfselektroden kann dadurch optimiert werden. Daneben können auch Material- und Energieverluste minimiert werden.

Je nach Zielsetzung können primäre, sekundäre und tertiäre Stromverteilungseffekte auf der 3D-, 2D- und 1D-Ebene und auf verschiedenen Größenskalen simuliert werden. Mit dem Modul CAD-Import können 3D-Modelle von realen Bauteilen oder Zellgeometrien direkt in die Simulationssoftware importiert werden. Alternativ besteht die Möglichkeit, direkt in COMSOL mithilfe des Design Moduls zu konstruieren. Für spezielle Anwendungen stehen weitere Funktionen, wie z.B. die Modellierung dünner metallischer Strukturen auf nichtleitenden Oberflächen zur Verfügung. Zusätzlich können Diffusion, Konvektion und Migration von chemischen Spezies in verdünnten und konzentrierten Lösungen sowie in porösen Medien modelliert werden. 

Eingangsgrößen für die Simulation:

• Zellengeometrie: Badbehälter, Kathoden- und Anodengröße und –position, isolierende Komponenten und Stromfänger
• Betriebsbedingungen: Ströme und Spannungen
• Verwendetes Elektrolytsystem
• Standard- oder spezielle Elektroden, z.B. dünne Schichten, poröse Materialien
• Strömungsverhältnisse (eingeschränkt)

Ergebnisse aus der Simulation:

• 2D/3D-Zeichnung der Zellgeometrie
• Stromdichte- und Schichtdickenverteilungen über die Elektrodenoberflächen
• Konzentrationsverteilungen
• Vergleich zwischen Anfangsbedingungen und nach Zelloptimierungen (z. B. Zellgeometrie, Blenden, Stromfänger, Temperatur...)

Änderung der Schichtdickenverteilung bei Variation der Teilepositionierung im Gestell

Auswirkung der Blendengestaltung auf die Dickenverteilung einer Sensormembran