电磁流体动力学—电磁场对电池界面的电化学过程的影响

· 最小二乘法参数识别

均匀磁场对电化学界面上的分子和离子传质有显著的影响。研究表明，外加磁场可以改变电化学电池的质量输运速率，有磁场和内部带电离子流产生的洛伦兹力在电池界面上引发电解液的局部对流现象，改局部对流可以显著改变界面上的电化学反应速率与反应程度。电池界面上的电流密度由带电粒子的扩散、电迁移和液体对流共同影响。假设界面上的带电粒子总通量为,则均匀磁场存在下的洛伦兹力表达式为：

该洛伦茨力为体积力形式，实验表明以下的磁场可以显著提升圆盘电极表面的中心有机分子还原反应的伏安电流。

在微盘电极上的磁场效应一个特点是对电极尺寸的关联性。由于微盘的小尺寸，电活性反应物的扩散通量与电极半径r的倒数成正比。因此，在微盘电极处可以获得比正常尺寸电极处更大的通量。例如，1微米半径盘的稳态扩散通量相当于以4000角速度旋转的宏观盘电极的稳态扩散通量。相应的，微磁盘上的电荷通量的大小，即电流密度，与圆盘的半径倒数成正比。

从洛伦兹力和电流密度的表达式可以看出，如果电极界面尺寸够大，洛伦兹力与电流密度的关系不大，仅在电极尺寸较小处洛伦兹力存在影响。