Везде

RAS Chemistry & Material ScienceРасплавы Melts

  • ISSN (Print) 0235-0106
  • ISSN (Online) 3034-5715

EFFECT OF THE SUBSTRATE MATERIAL ON THE KINETICS OF SILICON ELECTROREDUCTION IN THE KCl–CsCl–K2SiF6 MELT

You can
PII
10.31857/S0235010623050055-1
DOI
10.31857/S0235010623050055
Publication type
Status
Published
Authors
A. V. Suzdaltsev
  • Affiliation:
    Ural Federal University
    Institute of High-Temperature Electrochemistry UB RAS
Volume/ Edition
Volume / Issue number 5
Pages
491-501
Abstract
Due to the possibility of controlling composition and morphology, one of the promising methods for obtaining silicon and its materials is the electrolysis of molten salts. However, this requires data on the influence of various factors on the kinetics of silicon electrodeposition. In this work, an effect of the cathode substrate material on the kinetics of electroreduction of silicon ions in a low-fluoride melt (wt %) 57KCl–43CsCl with the addition of 2.8 wt % K2SiF6 at a temperature of 730°C was studied by cyclic voltammetry and chronoamperometry. Interacting and indifferent materials for silicon were chosen as substrates: glassy carbon, silver, and nickel. On the glassy carbon electrode, the electroreduction of silicon ions proceeds in the potential region more negative than –0.05 V, on the silver electrode, more negative than 0.05 V, and on the nickel electrode, more negative than 0.40 V relative to the potential of the silicon quasi-reference electrode. For all the studied substrates, a cathode process is observed, which is not electrochemically reversible. In this case, according to chronoamperometry measurements, the stage of nucleation of a new phase at the cathode does not affect the kinetics of the process under study. Presumably, in the case of glassy carbon and silver, irreversibility can be caused by a delayed discharge, while silicon electrodeposition on a nickel electrode is accompanied by the formation of nickel silicides. From the voltammetric and chronoamperometric dependences, the diffusion coefficient of silicon ions to the glassy carbon electrode was estimated, the values of which were 1.5 · 10–5 and 1.2 · 10–5 cm2/s, respectively.
Keywords
кремний электровосстановление хлоридный расплав вольтамперометрия хроноамперометрия деполяризация
Date of publication
17.09.2025
Year of publication
2025
Number of purchasers
0
Views
13

References

  1. 1. Кулова Т.Л. Новые электродные материалы для литий-ионных аккумуляторов (Обзор) // Электрохимия 2013. 49. № 1. С. 1–25.
  2. 2. Leonova A.M., Bashirov O.A., Leonova N.M., Lebedev A.S., Trofimov A.A., Suzdaltsev A.V. Synthesis of C/SiC mixtures for composite anodes of lithium-ion power sources // Applied Sciences. 2023. 13. P. 901.
  3. 3. Суздальцев А.В., Гевел Т.А., Парасотченко Ю.А., Павленко О.Б. Краткий обзор результатов использования электроосажденного кремния для устройств преобразования и накопления энергии // Расплавы. 2023. № 1. С. 99–108.
  4. 4. Исаков А.В., Худорожкова А.О., Вовкотруб Э.Г., Воробьев А.С., Редькин А.А., Зайков Ю.П. Влияние KI на взаимодействия в системах KF–KCl, содержащих K2SiF6 и SiO2 // Расплавы. 2021. № 1. С. 65–78.
  5. 5. Anfimov I.M., Kobeleva S.P., Malinkovich M.D., Shchemerov I.V., Toporova O.V., Parkhomenko Yu.N. Mechanisms of electroconductivity in silicon–carbon nanocomposites with nanosized tungsten inclusions within a temperature range of 20–200°C // Rus. Microelectronics. 2013. 42. P. 488–491.
  6. 6. Леонова Н.М., Леонова А.М., Баширов О.А., Лебедев А.С., Трофимов А.А., Суздальцев А.В. Аноды на основе С/SiC для литий-ионных источников тока // Электрохим. энергетика. 2023. 23. № 1. С. 41–50.
  7. 7. Кайбичев А.В., Кайбичев И.А. Особенности очистки технического кремния при плавке в гелии с воздействием на расплав электрического поля на молибденовом и графитовом электроде // Расплавы. 2019. № 3. С. 258–264.
  8. 8. Stulov Y., Dolmatov V., Dubrovskiy A., Kuznetsov S. Electrochemical synthesis of functional coatings and nanomaterials in molten salts and their application // Coatings. 2023. 13. P. 352.
  9. 9. Голосов О.А., Хвостов С.С., Старицын С.В., Барыбин А.В., Пастухов В.И., Глушкова Н.В., Зайков Ю.П., Никитина Е.В., Казаковцева Н.А. Скорость коррозии стали ЭП-823 в расплавах хлоридов щелочных металлов // Расплавы. 2023. № 2. С. 203–218.
  10. 10. Агеегеева Е.В., Серебровский В.И., Серникова О.С. Оптимизация процесса электроосаждения композиционных покрытий из электролитов-суспензий // Изв. Юго-Западного гос. ун-та. Серия: Техника и технологии. 2023. 13. № 1. С. 32–47.
  11. 11. Laptev M.V., Isakov A.V., Grishenkova O.V., Vorob’ev A.S., Khudorozhkova A.O., Akashev L.A., Zaikov Y.P. Electrodeposition of thin silicon films from the KF–KCl–KI–K2SiF6 melt // J. Electrochem. Soc. 2020. 167. P. 042506.
  12. 12. Pavlenko O.B., Ustinova Yu.A., Zhuk S.I., Suzdaltsev A.V., Zaikov Yu.P. Silicon electrodeposition from low-melting LiCl–KCl–CsCl melts // Rus. Met. 2022. № 8. P. 818–824.
  13. 13. Зайков Ю.П., Жук С.И., Исаков А.В., Гришенкова О.В., Исаев В.А. Электроосаждение кремния из расплава KF–KCl–KI–K2SiF6 // Расплавы. 2016. № 5. С. 441–454.
  14. 14. Malyshev V.V., Kushkhov H.B., Shapoval V.I. High-temperature electrochemical synthesis of carbides, silicides and borides of VI-group metals in ionic melts // J. Appl. Electrochem. 2002. 32. № 5. P. 573–579.
  15. 15. Долматов В.С., Кузнецов С.А. Катодные процессы и химические реакции при электрохимическом синтезе карбидов тантала и кремния в солевых расплавах // Труды Кольского научного центра РАН. Химия и материаловедение, спецвыпуск. 2015. № 5(31). С. 224–227.
  16. 16. Жук С.И., Гевел Т.А., Зайков Ю.П. Влияние материала подложки на кинетику и механизм электроосаждения кремния из расплава KCl–KF–K2SIF6 // Расплавы. 2021. № 4. С. 354–364.
  17. 17. Yasuda K., Maeda K., Nohira T., Hagiwara R., Homma T. Silicon electrodeposition in water-soluble KF–KCl molten salt: Optimization of electrolysis conditions at 923 K // J. Electrochem. Soc. 2016. 163. № 3. P. D95–D99.
  18. 18. Kuznetsova, S.V.; Dolmatov, V.S.; Kuznetsov, S.A. Voltammetric study of electroreduction of silicon complexes in a chloride–fluoride melt // Rus. J. Electrochem. 2009. 45. P. 742–748.
  19. 19. Gevel T.A., Zhuk S.I., Leonova N.M., Leonova A.M., Suzdaltsev A.V., Zaikov Yu.P. Electrodeposition of silicon from the KCl–CsCl–K2SiF6 melt // Rus. Met. 2022. № 8. P. 958–964.
  20. 20. Жук С.И., Минченко Л.М., Суздальцев А.В., Исаков А.В., Зайков Ю.П. Электроосаждение кремния из расплавов KF–KCl–K2SiF6 и KF–KCl–KI–K2SiF6 // Изв. вузов. Цвет. металлургия. 2023. 29. № 3. С. 17–26.
  21. 21. Гевел Т.А., Жук С.И., Устинова Ю.А., Суздальцев А.В., Зайков Ю.П. Электровыделение кремния из расплава KCl–K2SiF6 // Расплавы. 2021. № 2. С. 187–198.
  22. 22. Roine A. HSC Chemistry® [Software], Outotec, Pori 2018. Software available at www.outotec.com/HSC.
  23. 23. Bard A.J., Faulkner L.R. Electrochemical methods: fundamentals and applications, 2nd ed. – John Wiley & Sons. N.Y. 2001.
QR
Translate

Индексирование

Scopus

Scopus

Scopus

Crossref

Scopus

Higher Attestation Commission

At the Ministry of Education and Science of the Russian Federation

Scopus

Scientific Electronic Library