Отправить статью по E-mail 
Опубликовать комментарии 
Влияние кислорода на морфологию кремниевых осадков
- Авторы: Гевел Т.А.1, Суздальцев А.В.1
-
Учреждения:
- ФГАОУ ВПО Уральский федеральный университет
- Выпуск: № 2 (2025)
- Страницы: 114-124
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/0235-0106/article/view/285224
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0235010625020038
- ID: 285224
Цитировать
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Аннотация
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.
Ключевые слова
Полный текст
Об авторах
Тимофей Анатольевич Гевел
ФГАОУ ВПО Уральский федеральный университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: Timofey.gevel@urfu.ru
ORCID iD: 0000-0001-9719-6596
Россия, Екатеринбург
Андрей Викторович Суздальцев
ФГАОУ ВПО Уральский федеральный университет
Email: Timofey.gevel@urfu.ru
ORCID iD: 0000-0003-3004-7611
Россия, Екатеринбург
Список литературы
- Feng K., Li M., Liu W., Kashkooli A.G., Xiao X., Cai M., Chen Z. Silicon‒based anodes for lithium‒ion batteries: From fundamentals to practical applications // Small. 2018. 14. 1702737.
- Hasan A., Sarwar J., Shan A.H. Concentrated photovoltaic: A review of thermal aspects, challenges and opportunities // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2018. 94. 835‒852.
- Xiao W., Jin X., Deng Y., Wang D., Chen G.Z., Rationalisation and optimization of solid‒state electro‒reduction of SiO₂ to Si in molten CaCl₂ in accordance with dynamic three‒phase interlines based voltammetry // J. Electroanal. Chem. 2010. 639, 130‒140.
- Nohira T, Yasuda K, Ito Y. Pinpoint and bulk electrochemical reduction of insulating silicon dioxide to silicon // Nature Mater. 2003. 2(6). 397‒401.
- Yasuda K., Nohira T., Amezawa K., Ogata Y., Ito Y. Mechanism of direct electrolytic reduction of solid SiO₂ to Si in molten CaCl₂ // J. Electrochem. Soc. 2005. 152. 69‒71.
- Yasuda K., Nohira T., Ogata Y., Ito Y. Direct electrolytic reduction of solid silicon Dioxide in molten LiCl‒KCl‒CaCl₂ at 773 K // J. Electrochem. Soc. 2005. 152. 208‒212.
- Padamata S.K., Haarberg G.M., Saevarsdottir G. Electrochemical behaviour of silicon ions in NaCl‒KCl mixture with low KF concentration // Silicon. 2025. 17. 111‒120.
- Zhuk S., Isakov A., Apisarov A., Grishenkova O., Isaev V., Vovkotrub E., Zaykov Yu. Electrodeposition of continuous silicon coatings from the KF‒KCl‒K₂SiF₆ melts // J. Electrochem. Soc. 2017. 164. H5135‒H5138.
- Zaikov Yu., Redkin A., Apisarov A., Korzun I., Kulik N., Isakov A., Kataev A., Chemezov O. Silica solubility in molten fluoride–chloride electrolytes and density of KF‒KCl‒K₂SiF₆‒SiO₂ melts // J. Chem. Eng. Data. 2013. 58. 932‒937.
- Trofimov A.A., Leonova A.M., Leonova N.M., Gevel T.A. Electrodeposition of silicon from molten KCl‒K₂SiF₆ for lithium‒ion batteries / J. Electrochem. Soc. 2022. 169. 020537.
- Suzuki Yu., Inoue Y., Yokota M., Goto T. Effects of Oxide Ions on the Electrodeposition Process of Silicon in Molten Fluorides // J. Electrochem. Soc. 2019. 166. D564‒D568.
- Norikawa Yu., Kondo A., Yasuda K., Nohira T. Electrodeposition of crystalline Si in molten alkali metal fluoride–chloride mixtures: Comparative study of Li, Na, K, and Cs systems // Electrochimica Acta. 2022. 434. 141255.
- Николаев А.Ю., Муллабаев А.Р., Суздальцев А.В., Ковров В.А., Холкина А.С., Шишкин В.Ю., Зайков Ю.П. Очистка хлоридов щелочных металлов методом зонной перекристаллизации для использования в операциях пирохимической переработки отработавшего ядерного топлива // Атомная энергия 2021. 131(4). 199‒205.
- Ustinova Yu., Pavlenko О., Gevel T., Zhuk S., Suzdaltsev A., Zaikov Yu. Electrodeposition of silicon from the low‒melting LiCl‒KCl‒CsCl‒K₂SiF₆ electrolytes // J. Electrochem. Soc. 2022. 169. 032506.
- Parasotchenko Yu., Gevel T.A., Suzdaltsev A.V., Zaikov Yu.P. On the stability of the concentration of silicon ions in LiCl‒KCl‒CsCl‒K₂SiF₆ melts during electrolysis // Silicon, 2024. 16. 5625‒5636.
- Rajkovic M., Novakovic I. Determination of fluoride content in drinking water and tea infusions using fluoride ion selective electrode // J. Agricultural Sciences. 2007. 52. 155‒168.
- Гевел Т.А., Жук С.И., Устинова Ю.А., Суздальцев А.В., Зайков Ю.П. // Электровыделение кремния из расплава KCl–K₂SiF₆ // Расплавы. 2021. №2. 187‒198.
- Минченко В.И. Степанов В.П. Ионные расплавы: упругие и калориметрические свойства. Екатеринбург: УрО РАН. 2008.
Дополнительные файлы
