NUMERICAL MODELING OF CYCLIC VOLTAMMOGRAMS FOR ELECTROCHEMICAL GROWTH AND DISSOLUTION OF AN ARRAY OF NEW-PHASE NUCLEI

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

The development of methods for studying the initial stages of electrocrystallization is important both for the development of fundamental ideas about the mechanisms and kinetics of phase formation and for determining the optimal electrodeposition conditions. However, most theoretical models designed to study the patterns of nucleation/ growth processes under variable supersaturation (overpotential) do not take into account the mutual influence of nuclei during multiple nucleation. To recreate conditions close to practice, models are required that more realistically reproduce the competition of nuclei for depositing ions. This paper presents a mathematical model and numerical simulation results for diffusion-controlled growth and dissolution of a hemispherical nucleus inside a large hexagonal ensemble under cyclic potential sweep conditions. Concentration profiles at different time points, cyclic voltammograms (CV) and overpotential dependences of the nucleus size are calculated. Non-stationary effects and changes in the current response when varying process parameters are theoretically substantiated. It is shown that a decrease in the scan rate, an increase in the reverse potential and the number density of nuclei on the electrode leads to a gradual transformation of the cathode part of CVs from the nucleation loop to the cathode peak. The indicated changes are caused by the increase in the mutual influence of neighboring nuclei and the approach to the conditions of semi-infinite linear diffusion to the entire electrode surface. At a constant reverse potential value, the maximum size of nuclei is greater, the lower their number density and the scan rate. The calculation results are in qualitative agreement with those typically recorded in experimental studies of the initial stages of metal electrocrystallization.

Авторлар туралы

O. Grishenkova

Institute of High Temperature Electrochemistry of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: olagris@mail.ru
Ekaterinburg, Russia

A. Kosov

Institute of High Temperature Electrochemistry of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Ekaterinburg, Russia

O. Semerikova

Institute of High Temperature Electrochemistry of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Ekaterinburg, Russia

Әдебиет тізімі

  1. Барабошкин А.Н. Электрокристаллизация металлов из расплавленных солей. М.: Наука. 1976. 279 с.
  2. Гамбург Ю.Д. Электрохимическая кристаллизация металлов и сплавов. М.: Янус-К. 1997. 384 с.
  3. Milchev A. Electrocrystallization: fundamentals of nucleation and growth. Boston: Kluwer Academic Publishers. 2002. 265 p.
  4. Исаев В.А. Электрохимическое фазообразование. Екатеринбург: УрО РАН. 2007. 124 с.
  5. Isaev V.A., Grishenkova O.V., Zaykov Yu.P. Analysis of the geometrical–probabilistic models of electrocrystallization // Russian Metallurgy (Metally). 2016. 2016. № 8. P. 776–784.
  6. Isaev V.A., Grishenkova O.V., Zaykov Yu.P., Kosov A.V., Semerikova O.L. Analysis of Potentiostatic Current Transients for Multiple Nucleation with Diffusion and Kinetic Controlled Growth // J. Electrochem. Soc. 2019. 166. P. D851–D856.
  7. Scharifker B.R., Hills G.J. Theoretical and experimental studies of multiple nucleation // Electrochim. Acta. 1983. 28. P. 879–889.
  8. Scharifker B.R., Mostany J. Three-dimensional nucleation with diffusion controlled growth. Part I. Number density of active sites and nucleation rates per site // J. Electroanal. Chem. 1984. 177. P. 13–23.
  9. Sun Yu., Zangari G. Commentary and Notes on the Original Derivations of the Scharifker-Hills Model // J. Electrochem. Soc. 2023. 170. P. 032503.
  10. Kosov A.V., Grishenkova O.V., Isaev V.A., Zaikov Y. Simulation of Diffusion-Controlled Growth of Interdependent Nuclei under Potentiostatic Conditions // Materials 2022. 15. P. 3603.
  11. Isaev V.A., Grishenkova O.V., Semerikova O.L. Three-dimensional nucleation and growth under galvanostatic conditions // J. Solid State Electrochem. 2013. 17. P. 361–363.
  12. Isaev V.A., Grishenkova O.V. Galvanostatic nucleation and growth under diffusion control // J. Solid State Electrochem. 2013. 17. P. 1505–1508.
  13. Milchev A., Montenegro M.I. A galvanostatic study of electrochemical nucleation // J. Electroanal. Chem. 1992. 333. P. 93–102.
  14. Исаев В.А., Гришенкова О.В., Косов А.В., Семерикова О.Л., Зайков Ю.П. Моделирование потенциодинамического и гальваностатического фазообразования в расплавах // Расплавы. 2017. № 1. C. 43–53.
  15. Fletcher S., Halliday C.S., Gates D., Westcott M., Lwin T., Nelson G. The response of some nucleation/growth processes to triangular scans of potential // J. Electroanal. Chem. 1983. 159. P. 267–285.
  16. Mirkin M.V., Nilov A.P. Three-dimensional nucleation and growth under controlled potential // J. Electroanal. Chem. 1990. 283. P. 35–51.
  17. Grishenkova O.V., Kosov A.V., Semerikova O.L., Isaev V.A., Zaikov Yu.P. Theoretical and experimental cyclic voltammetry studies of the initial stages of electrocrystallization // Russian Metallurgy (Metally). 2021. 2021. № 8. P. 1016–1022.
  18. Isaev V.A., Grishenkova O.V., Kosov A.V., Semerikova O.L., Zaykov Yu.P. On the theory of cyclic voltammetry for formation and growth of single metal cluster // J. Solid State Electrochem. 2017. 21. P. 787–791.
  19. Kosov A.V., Grishenkova O.V., Isaev V.A., Zaikov Y. Simulation of Diffusion-Controlled Growth of Interdependent Nuclei under Potentiostatic Conditions // Materials 2022. 15. P. 3603.
  20. Grishenkova O.V., Kosov A.V. Simulation of cyclic voltammograms for 3D diffusion-controlled growth and dissolution of new phase nuclei // J. Electroanal. Chem. 2025. 982. P. 119020.
  21. Zaykov Yu.P., Zhuk S.I., Isakov A.V., Grishenkova O.V., Isaev V.A. Electrochemical nucleation and growth of silicon in the KF-KCl-K2SiF6 melt // J. Solid State Electrochem. 2015. 19. P. 1341–1345.
  22. Berzins T., Delahay P. Oscillographic polarographic waves for the reversible deposition of metals on solid electrodes // J. Am. Chem. Soc. 1953. 75. 555–559.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу

© Russian Academy of Sciences, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».