By this author

ELECTROCHEMICAL BEHAVIOR OF SCANDIUM IN THE LiF–CaF₂–ScF₃ MELT

Issue number 1 from 01.01.2023

Электрохимическое поведение скандия в галогенидных расплавах представляет интерес как с точки зрения разработки новых электрохимических способов получения скандия и материалов на его основе, так и с точки зрения имитации электрохимического поведения продуктов деления при пирохимической переработке отработавшего ядерного топлива в расплавленных солях. Методами циклической вольтамперометрии, квадратно-волновой вольтамперометрии и хронопотенциометрии изучены закономерности электровосстановления ионов скандия в зависимости от параметров электролиза расплава LiF–CaF₂–ScF₃ при температуре 800°С. Показано, что электровосстановление скандия в исследуемом расплаве происходит при потенциалах отрицательнее –0.45 В относительно потенциала алюминиевого электрода, при этом электроосаждение скандия на электроде способствует электровосстановлению катионов лития с деполяризацией. При анализе полученных поляризационных зависимостей отмечено, что процесс электровосстановления скандия протекает в одну 3-х электродную стадию, при этом не является электрохимически обратимым. Сделано предположение, что причиной необратимости является стадия образования новой фазы. В результате электрохимических измерений сделан вывод, что благодаря широкому “электрохимическому окну” расплав LiF–CaF₂ может быть использован для электрохимического синтеза скандия и для изучения закономерностей совместного или селективного электровосстановления минорных актинидов и лантаноидов.

50 0

BRIEF REVIEW OF THE RESULTS OF USING ELECTRODEPOSITED SILICON IN ENERGY CONVERSION AND STORAGE DEVICES

Issue number 1 from 01.01.2023

Благодаря своей распространенности в природе и свойствам, кремний является одним из самых востребованных материалов в различных отраслях промышленности. В настоящее время металлургический кремний получают карботермическим восстановление кварца, который затем подвергают гидрохлорированию и многократному хлорированию для получения солнечного кремния. В данном кратком обзоре представлен анализ альтернативных методов получения кремния электролизом расплавленных солей. Рассмотрены факторы, определяющие выбор состава расплавленных солей, типичные осадки кремния, полученные электролизом. Выполнена оценка результатов и перспектив дальнейшего использования электроосажденного кремния в литий-ионных источниках тока и репрезентативные результаты испытаний по использованию электролитического кремния в устройствах преобразования солнечной энергии. Отмечены задачи, которые необходимо решить для практической реализации методов электролитического производства образцов кремния, пригодных для новых устройств и материалов преобразования и накопления энергии.

46 0

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

Issue number 5 from 01.05.2023

Благодаря возможности управления составом и морфологией одним из перспективных способов получения кремния и его материалов является электролиз расплавленных солей. Однако для этого необходимы данные о влиянии различных факторов на кинетику электроосаждения кремния. В настоящей статье методами циклической вольтамперометрии и хроноамперометрии изучено влияние материала катодной подложки на кинетику электровосстановления ионов кремния в малофторидном расплаве (мас. %) 57KCl–43CsCl с добавкой 2.8 мас. % K₂SiF₆ при температуре 730°С. В качестве подложек выбраны взаимодействующие и индифферентные по отношению к кремнию материалы: стеклоуглерод, серебро и никель. На стеклоуглеродном электроде электровосстановление ионов кремния протекает в области потенциалов отрицательнее –0.05 В, на серебряном – отрицательнее 0.05 В, и на никелевом – отрицательнее 0.40 В относительно потенциала кремниевого квазиэлектрода сравнения. Для всех исследованных подложек наблюдается протекание катодного процесса, не являющегося электрохимически обратимым. При этом, согласно хроноамперным измерениям, стадия зарождения новой фазы на катоде не оказывает влияния на кинетику исследуемого процесса. Предположительно, в случае стеклоуглерода и серебра необратимость может вызвана замедленным разрядом, в то время как на никелевом электроде электроосаждение кремния сопровождается образованием силицидов никеля. Из вольтамперных и хроноамперных зависимостей был оценен коэффициент диффузии ионов кремния к стеклоуглеродному электроду, значения которого составили 1.5 · 10^–5 и 1.2 · 10^–5 см²/с соответственно.

52 0

Anode process on gold in KF–AlF₃–Al₂O₃ melt

Issue number 3 from 01.03.2024

В условиях экономии ресурсов и снижения углеродного следа разработка выделяющих кислород анодов для технологий производства важных металлов и сплавов электролизом расплавленных солей представляется актуальной задачей. Для определения степени инертности того или иного анодного материала требуются данные о кинетике и механизме анодного процесса на материале, не подверженном окислению. В связи с этим в данной работе методами циклической и квадратно-волновой вольтамперометрии исследован анодный процесс на золоте в легкоплавком расплаве KF–AlF₃–Al₂O₃ для электролитического производства алюминия. Определено влияние температуры (715 и 775^оС) расплава, содержания в нем Al₂O₃ (от 0.1 до насыщения), а также скорости поляризации (0.05–1 В/с) на кинетику и некоторые особенности механизма исследуемого процесса. Сделано предположение, что выделение кислорода на золоте без растворения подложки имеет место в области перенапряжений от 0 до 0.8 В. При этом показано, что процесс включает стадии электрохимической адсорбции и десорбции промежуточного продукта, из которых первая лимитируется диффузией электроактивных анионов к аноду.

44 0

Electrochemical production of zirconium silicides from KCl–K₂SiF₆–ZrO₂ melt

Issue number 3 from 01.03.2024

Уникальные свойства силицидов циркония привлекают внимание большого количества исследователей из различных научных сфер. Расширение способов применения ставит также задачу разработки новых, более экологичных и доступных способов получения. Наиболее экологически чистым, а также не требующим сложного оборудования, является электролиз расплава. В работе предложен способ получения силицидов циркония методом электролиза расплава KCl–K₂SiF₆–ZrO₂. С целью обоснования параметров электролиза была исследована кинетика катодного восстановления, определена лимитирующая стадия процесса. Методами рентгеновской дифракции и электронно-сканирующей микроскопии исследованы структура и фазовый состав катодного осадка. В ходе работы сделаны выводы об изменении содержания добавки ZrO₂ на морфологию осадка, а также выдвинуто предположение о возможности получения силицидов циркония из более доступного сырья, такого как циркон.

54 0

Stationary and pulsed electrodeposition of silicon in LiCl–KCl–CsCl–K2SiF6 melt

Issue number 4 from 01.04.2024

Кремний и материалы на его основе находят все большее применение в металлургии, микро- и нано-электронике, солнечной энергетике, а также выступают перспективными материалами анодов литий-ионных источников тока с повышенной удельной емкостью. Расширение областей применения кремния с управляемой морфологией обуславливает необходимость разработки новых энергоэффективных способов его получения. В настоящей работе изучено влияние режима и параметров электролиза легкоплавкого расплава LiCl–KCl–CsCl–K₂SiF₆ с температурой 545 ^оС на морфологию электролитических осадков кремния на стеклоуглероде. Для электролиза использованы широко используемый в промышленности гальваностатический режим электроосаждения, а также активно исследуемый в настоящее время гальваноимпульсный режим. Электроосаждение кремния вели при варьировании таких параметров, как величина катодной плотности тока (от 3 до 50 мА/см²) и длительность электролиза (от 30 до 180 мин) в гальваностатическом режиме, плотность и длительность импульса катодного тока, длительность пауз тока и общая длительность электролиза в гальваноимпульсном режиме. Показано, что электроосаждение кремния на стеклоуглероде сопровождается формированием на поверхности электрода сплошного осадка из сферолитных зародышей диаметром около 1 мкм. Нарушению сплошности осадка и росту дендритов упорядоченной либо произвольной формы способствует повышение катодной плотности тока и частоты пауз импульса катодного тока. При этом гальваноимпульсный режим позволяет на порядок повысить катодную плотность тока электроосаждения кремния (с 25–30 до 250–500 мА/см²) и стабилизировать значение потенциала катода при электролизе.

56 0

Electrodeposition of ordered silicon fibers from the KI–KF–KCl–K₂SiF₆ melt for lithium-ion power sources

Issue number 5 from 01.05.2024

Возможность использования анодов на основе кремния в литий-ионных источниках тока активно исследуется благодаря повышенной емкости кремния по литию. В работе сообщается о получении субмикронных волокон кремния на стеклоуглероде в расплаве KI–KF–KCl–K₂SiF₆ при температуре 720°С. Для этого методом циклической вольтамперометрии определены параметры электроосаждения кремния в виде волокон, в условиях гальваностатического электролиза получены экспериментальные партии упорядоченных волокон кремния средним диаметром от 0.1 до 0.3 мкм и с использованием полученных волокон кремния изготовлены анодные полуэлементы литий-ионных источников тока и изучено их электрохимическое поведение при многократном литировании и делитировании. При помощи вольтамперных исследований отмечено, что заряд и разряд анода на основе полученных волокон кремния происходит при потенциалах от 0.2 до 0.05 В и от 0.2 до 0.5 В, соответственно. Выполнено циклирование электроосажденных волокон кремния в составе анодных полуэлементов литий-ионных источников тока. В зависимости от тока заряда разрядная емкость составила от 200 до 500 мАч/г при Кулоновской эффективности 98–100%. Также выполнено многократное циклирование образца литий-ионного источника тока с литиевым противоэлектродом. В ходе 800 циклирований током 0.5С разрядная емкость образца снизилась с 165 до 65 мАч/г. При помощи сканирующей электронной микроскопии показано объемное расширение волокон кремния в ходе многократного циклирования.

52 0

Effect of oxygen on the morphology of silicon deposits

Issue number 2 from 29.12.2025

В данной работе была проведена серия экспериментов, направленных на изучение влияния кислорода на морфологию кремния, полученного при электроосаждении из расплава KCl‒K₂SiF₆. В качестве носителя кислорода был выбран SiO₂. По полученной зависимости сделаны предположения о характере взаимодействия между компонентами расплава. Точки перегиба, регистрируемые на зависимости ω(KF)‒ω(SiO₂), указывают на изменение характера взаимодействия SiO₂ с исследуемым расплавом. По результатам исследования кинетики катодного процесса на стеклоуглероде с учетом теории автокомплексного строения было сделано предположение о структуре разряжающихся комплексных ионов в расплавах KCl‒K₂SiF₆ и KCl‒K₂SiF₆‒SiO₂. Исследование кинетики производили методом циклической вольтамперометрии. При появлении добавки SiO₂ наблюдали расширение области потенциалов разряда кремния, а также непропорциональное увеличение величины катодного тока с повышением концентрации SiO₂ в расплаве. Одним из возможных объяснений полученных результатов является изменение структуры разряжающихся комплексных ионов. Полученные данные о кинетике катодного процесса, а также предположения о строении разряжающегося комплекса, стали основанием для выбора параметров потенциостатического электролиза. В ходе исследований была проведена серия экспериментов по электроосаждению кремния из исследуемых расплавов при варьировании величины катодного перенапряжения от 0.10 до 0.25 В. Морфологию катодных осадков исследовали при помощи электронно‒сканирующей микроскопии. Сделано предположение, что изменения в морфологии полученных катодных осадков связаны с изменением состава разряжающихся комплексов.

5 0

PRODUCTION OF AL-Y ALLOY VIA ELECTROLYSIS OF KF-NaF-ALF-YO MELT

Issue number 3 from 01.03.2025

Одним из путей повышения эффективности алюминиевого производства является использование низкоплавких электролитов и получение востребованных лигатур алюминия. Ранее было отмечено, что эффективным является получение лигатур алюминия при электролизе низкотемпературных электролитов, позволяющее организовать производство без необходимости получения индивидуальных легирующих элементов и алюминия. Актуальным как с практической, так и с научной точки зрения является изучение возможности получения лигатур алюминия с такими электроотрицательными элементами как скандий, иттрий, стронций, кальций и др. В настоящей работе изучена возможность получения лигатуры Al-Y при электролизе низкоплавкого электролита на основе системы KF-AlF с добавкой YO и температурой 800С. Для этого в исследуемом расплаве с разным содержанием оксида иттрия методом хроновольтамперометрии исследована кинетика катодного процесса на молибденовом и стеклоуглеродном электроде. Показано, что добавка YO практически не сказывается на ходе вольтамперных зависимостей и на механизме процесса, повышая катодные токи восстановления ионов алюминия и иттрия, а также анодные токи окисления продуктов катодной реакции. На основании электрохимических измерений предположено, что совместное восстановление алюминия с иттрием возможно при плотностях тока выше 0.4-0.5 А/см. Изучен процесс получения сплавов Al-Y в расплаве KF-NaF-AlF с добавкой 1 мас.% YO в условиях алюминотермического синтеза и при гальваностатическом электролизе расплава при катодной плотности тока 0.5 и 1.0 А/см. В результате алюминотермического восстановления получен сплав с содержанием иттрия не выше 0.07 мас.%, в то время как при электролизе получены лигатуры Al-Y с содержанием иттрия от 0.75 до 1.28 мас.%. Полученные величины соответствуют извлечению иттрия из его оксида 4.4; 47.5 и 81.3. Сделано предположение, что увеличение длительности синтеза и периодическая подгрузка YO в расплав позволят получать лигатуры Al-Y с повышенным содержанием иттрия.

4 0