Отправить статью по E-mail 
Опубликовать комментарии 
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЦИКЛИЧЕСКИХ ВОЛЬТАМПЕРОГРАММ ПРИ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОМ РОСТЕ И РАСТВОРЕНИИ МАССИВА ЗАРОДЫШЕЙ НОВОЙ ФАЗЫ
- Авторы: Гришенкова О.В.1, Косов А.В.1, Семерикова О.Л.1
-
Учреждения:
- Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН
- Выпуск: № 6 (2025)
- Страницы: 611–622
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/0235-0106/article/view/355831
- DOI: https://doi.org/10.7868/S3034571525060059
- ID: 355831
Цитировать
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Только для подписчиков
Аннотация
Разработка методов исследования начальных стадий электрокристаллизации важна как для развития фундаментальных представлений о механизмах и кинетике фазообразования, так и для определения оптимальных условий получения электролитических осадков заданной структуры и морфологии. Теоретические модели, предназначенные для изучения закономерностей процессов нуклеации и роста новой фазы при переменном пересыщении (перенапряжении), в большинстве случаев не учитывают взаимное влияние зародышей при множественной нуклеации. Для воссоздания приближенных к практике условий необходимы модели, более реалистично воспроизводящие конкуренцию зародышей за осаждаемые ионы. В этой работе представлена математическая модель и результаты численного моделирования диффузионно-контролируемого роста и растворения зародыша внутри большого гексагонального ансамбля в условиях циклической развертки потенциала. Рассчитаны профили концентрации в различные моменты времени, циклические вольтамперограммы (ЦВА) и зависимости размера полусферического зародыша от перенапряжения. Теоретически обоснованы нестационарные эффекты и изменение токового отклика при изменении параметров процесса. Показано, что уменьшение скорости развертки, увеличение потенциала реверса и численной плотности зародышей на электроде приводит к постепенной трансформации катодной части ЦВА от нуклеационной петли до катодного пика вследствие усиления взаимного влияния соседних зародышей и приближения к условиям полубесконечной линейной диффузии ко всей поверхности электрода. При постоянном потенциале реверса максимальный размер зародышей тем больше, чем ниже скорость развертки и их численная плотность. Результаты расчета качественно согласуются с типично регистрируемыми при экспериментальном изучении начальных стадий электрокристаллизации металлов.
Об авторах
О. В. Гришенкова
Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН
Email: olagris@mail.ru
Екатеринбург, Россия
А. В. Косов
Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАНЕкатеринбург, Россия
О. Л. Семерикова
Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАНЕкатеринбург, Россия
Список литературы
- Барабошкин А.Н. Электрокристаллизация металлов из расплавленных солей. М.: Наука. 1976. 279 с.
- Гамбург Ю.Д. Электрохимическая кристаллизация металлов и сплавов. М.: Янус-К. 1997. 384 с.
- Milchev A. Electrocrystallization: fundamentals of nucleation and growth. Boston: Kluwer Academic Publishers. 2002. 265 p.
- Исаев В.А. Электрохимическое фазообразование. Екатеринбург: УрО РАН. 2007. 124 с.
- 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.
- 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.
- Scharifker B.R., Hills G.J. Theoretical and experimental studies of multiple nucleation // Electrochim. Acta. 1983. 28. P. 879–889.
- 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.
- Sun Yu., Zangari G. Commentary and Notes on the Original Derivations of the Scharifker-Hills Model // J. Electrochem. Soc. 2023. 170. P. 032503.
- 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.
- 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.
- Isaev V.A., Grishenkova O.V. Galvanostatic nucleation and growth under diffusion control // J. Solid State Electrochem. 2013. 17. P. 1505–1508.
- Milchev A., Montenegro M.I. A galvanostatic study of electrochemical nucleation // J. Electroanal. Chem. 1992. 333. P. 93–102.
- 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.
- 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.
- Mirkin M.V., Nilov A.P. Three-dimensional nucleation and growth under controlled potential // J. Electroanal. Chem. 1990. 283. P. 35–51.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Berzins T., Delahay P. Oscillographic polarographic waves for the reversible deposition of metals on solid electrodes // J. Am. Chem. Soc. 1953. 75. 555–559.
Дополнительные файлы
