1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Электрохимия
  4. T. 59, № 7, 2023

Электрохимия, 2023, T. 59, № 7, стр. 391-403

Модельное описание процесса электроосаждения рыхлых осадков цинка в импульсных режимах задания тока

В. С. Никитин a, *, Т. Н. Останина a, В. М. Рудой a, Н. И. Останин a

a УрФУ им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, химико-технологический институт
Екатеринбург, Россия

* E-mail: nikitin-viachieslav@mail.ru

Поступила в редакцию 23.07.2022
После доработки 28.11.2022
Принята к публикации 06.12.2022

Аннотация

Представлена феноменологическая модель, описывающая изменение структурных характеристик рыхлых осадков цинка, полученных в импульсных гальваностатических режимах задания тока. Сопоставление экспериментальных данных по структурным свойствам осадков с результатами модельных расчетов указывает на адекватность модели. Для описания особенностей роста дендритных осадков и определения продолжительности формирования однородной структуры в импульсных режимах введено понятие критической толщины, при которой происходит резкое изменение плотности рыхлого осадка. Установлена зависимость критической толщины осадков цинка от скважности при импульсных режимах задания тока. Повышение скважности приводит к получению более плотных осадков с огрубленными формами дендритов и с меньшим количеством точек роста, по сравнению с осадками, полученными в гальваностатическом режиме.

Ключевые слова: цинк, электролиз, импульсный режим, модель роста, структура осадков

Список литературы

  1. Sharifi, B., Mojtahedi, M., Goodarzi, M., and Vahdati, K.J., Effect of alkaline electrolysis conditions on current efficiency and morphology of zinc powder, Hydrometallurgy, 2009, vol. 99, p. 72.

  2. Коровин, Н.В., Скундин, А.М. Химические источники тока: Справочник, М.: Изд-во МЭИ, 2003. 740 с. [Korovin, N.V. and Skundin, A.M., Chemical sources of current: Handbook (in Russian), Moscow: Publ. House of MEI, 2003. 740 p.]

  3. Кромптон, Т.Р. Первичные источники тока (пер. с англ.), М.: Мир, 1986. 328 с. [Crompton, T.R., Small Batteries: Primary Cells, London, Basingstoke: The Macmillan Press Ltd., 1982. 241 p.]

  4. Толстошеева, С.И., Степин, С.Н., Давыдова, М.С., Вахин, А.В. Влияние наноразмерного цинкового порошка на защитные свойства протекторных покрытий. Вестник КТУ. 2012. Т. 15. С. 98. [Tolstosheeva, S.I., Stepin, S.N., Davydova, M.S., and Vakhin, A.V., The effect of nanoscale zinc powder on the protective properties of tread coatings, Vestnik Kazanskovo Tekhnologicheskovo Universiteta (in Russian), 2012, vol. 15, p. 98.]

  5. Таныгина, Е.Д., Пономарева, М.В., Прусаков, А.В., Урядников, А.А. Модифицированные порошком цинка и графита антикоррозионные составы на основе продуктов рафинирования низкоэрукового рапсового масла. Вестник ТГУ. 2009. Т. 14. С. 100. [Tanygina, E.D., Ponomareva, M.V., Prusakov, A.V., and Uryadnikov, A.A., Anticorrosive compositions modified with zinc and graphite powder based on refining products of low-grade rapeseed oil, Vestnik Tomskovo Gosudarstvennovo Universiteta (in Russian), 2009, vol. 14, p. 100.]

  6. Алкацев, М.И. Процессы цементации в цветной металлургии, М.: Металлургия, 1981. 116 с. [Alkatsev, M.I., Cementation processes in non-ferrous metallurgy (in Russian), Moscow: Metallurgy, 1981. 116 p.]

  7. Steinfeld, A., Solar thermochemical production of hydrogen – a review, Sol. Energy, 2005, vol. 78, p. 603.

  8. Villasmil, W., Meier, A., and Steinfeld, A., Dynamic modeling of a solar reactor for zinc oxide thermal dissociation and experimental validation using IR thermography, J. Sol. Energy Eng., 2014, vol. 136, p. 010901.

  9. Bhosale, R.R., Solar hydrogen production via ZnO/Zn based thermochemical water splitting cycle: Effect of partial reduction of ZnO, Int. J. Hydrogen Energy, 2020, vol. 46, p. 4739.

  10. Ullah, S., Badshah, A., Ahmed, F., Raza, R., Altaf, A.A., and Hussain, R., Electrodeposited zinc electrodes for high current Zn/AgO Bipolar Batteries, Int. J. Electrochem. Sci., 2011, p. 3801.

  11. Neikov, O.D., Nabojchenko, S.S., Murashova, I.B., Gopienko, V.G., Frishberg, I.V., and Lotsko, D.V., Handbook of Non-ferrous Metal Powders: Technologies and applications, London, N.Y., Amsterdam: Elsevier, 2009. 634 p.

  12. Wang, P., Wang, C., Wang, Y., Zhang, S., and Li, W., Effect of pulse reverse electrodeposition parameters on the microstructure of the Ni/NiO composite coating, Int. J. Electrochem. Sci., 2020, vol. 15, p. 241.

  13. Liu, H., Wang, H., Ying, W., Liu, W., Wang, Y., and Li, Q., Influences of duty cycle and pulse frequency on properties of Ni–SiC nanocomposites fabricated by pulse electrodeposition, Int. J. Electrochem. Sci., 2020, vol. 15, p. 10550.

  14. Xia, F., Li, Q., Ma, C., Zhao, D., and Ma, Z., Design and properties of Ni-TiN/SiC nanocoatings prepared by pulse current electrodeposition, Int. J. Electrochem. Sci., 2020, vol. 15, p. 1813.

  15. Zhang, X., Shen, S., Howell, P., Cheng, W., Mubeen, S., and Stickney, J., Potential pulse ALD for room temperature fabrication of stoichiometric CdTe nanofilms, J. Electrochem. Soc., 2019, vol. 166, p. H3249.

  16. del Carmen Aguirre, M. and Urreta, S.E., Effect of an external magnetic field orthogonal to the electrode surface on the electrocrystallization mechanism of Co–Fe films under pulsed applied potential, J. Alloy. Compd., 2021, vol. 878, p. 160347.

  17. Devendra, B.K., Praveen, B.M., Tripathi, V.S., Nagaraju, D.H., and Nayana, K.O., Pt–Rh alloy catalysts for hydrogen generation developed by direct current/pulse current method, J. Iran. Chem. Soc., 2022, vol. 19, p. 1913.

  18. Dehestani, M., Sharafi, S., and Khayati, G.R., The effect of pulse current density on the microstructure, magnetic, mechanical, and corrosion properties of high-entropy alloy coating Fe–Co–Ni–Mo–W, achieved through electro co-deposition, Intermetallics, vol. 147, 2022, p. 107610.

  19. Ramaprakash, M., Mohan, S., and Rajasekaran, N., Pulse and pulse reverse electrodeposition of cubic, tetragonal and its mixed phase of Ni-W alloys for corrosion applications, J. Electrochem. Soc., 2019, vol. 166, p. D145.

  20. Nikolić, N.D., Branković, G., Maksimović, V.M., Pavlović, M.G., and Popov, K.I., Influence of potential pulse conditions on the formation of honeycomb-like copper electrodes, J. Electroanal. Chem., 2009, vol. 635, p. 111.

  21. Nikolić, N.D., Branković, G., and Popov, K.I., Optimization of electrolytic process of formation of open and porous copper electrodes by the pulsating current (PC) regime, Mater. Chem. and Phys., 2011, vol. 125, p. 587.

  22. Nikolić, N.D., Branković, G., and Pavlović, M.G., Correlate between morphology of powder particles obtained by the different regimes of electrolysis and the quantity of evolved hydrogen, Powder Technol., 2012, vol. 221, p. 271.

  23. Nikolić, N.D. and Branković, G., Effect of parameters of square-wave pulsating current on copper electrodeposition in the hydrogen co-deposition range, Electrochem. Commun., 2010, vol. 12, p. 740.

  24. Karimi Tabar Shafiei, F., Jafarzadeh, K., Madram, A.R., and Nikolić, N.D., A novel route for electrolytic production of very branchy copper dendrites under extreme conditions, J. Electrochem. Soc., 2021, vol. 168, p. 043502.

  25. Ostanina, T.N., Rudoy, V.M., Nikitin, V.S., Darintseva, A.B., and Demakov S.L., Change in the physical characteristics of the dendritic zinc deposits in the stationary and pulsating electrolysis, J. Electroanal. Chem., 2017, vol. 784, p. 13.

  26. Останина, Т.Н., Рудой, В.М., Никитин, В.С., Даринцева, А.Б., Останин, Н.И. Влияние параметров импульсного электролиза на концентрационные изменения в объеме рыхлого осадка цинка и его свойства. Изв. Академии наук. Сер. хим. 2017. Т. 66. С. 1433. [Ostanina, T.N., Rudoi, V.M., Nikitin, V.S., Darintseva, A.B., and Ostanin, N.I., Effect of parameters of pulse electrolysis on concentration changes in the loose zinc deposit and deposit properties, Russ. Chem. Bull. (Int. Ed.), 2017, vol. 66, p. 1433.]

  27. Никитин, В.С., Останина, Т.Н., Рудой, В.М. Влияние параметров режима импульсного потенциала на концентрационные изменения в объеме рыхлого осадка цинка и его свойства. Электрохимия. 2018. Т. 54. С. 767. [Nikitin, V.S., Ostanina, T.N., and Rudoi, V.M., Effect of parameters of pulsed potential mode on concentration changes in the bulk loose zinc deposit and its properties, Russ. J. Electrochem., 2018, vol. 54, p. 665.]

  28. Гамбург, Ю.Д., Зангари, Дж. Теория и практика электроосаждения металлов (пер. с англ.), М.: Бином. Лаборатория знаний, 2015. 439 с. [Gamburg, Y.D. and Zangari, G., Theory and practice of metal electrodeposition, N.Y.: Springer Science & Business Media, 2011. 378 p.]

  29. Ostanina, T.N., Rudoi, V.M., Patrushev, A.V., Darintseva, A.B., and Farlenkov, A.S., Modelling the dynamic growth of copper and zinc dendritic deposits under the galvanostatic electrolysis conditions, J. Electroanal. Chem., 2015, vol. 750, p. 9.

  30. Diggle, J.W., Despić, A.R., and Bockrić, J.O’M., The mechanism of the dendritic electrocrystallization of zinc, J. Electrochem. Soc., 1969, vol. 116, p. 1503.

  31. де Векки, Д.А., Москвин, А.В., Петров, М.Л., Резников, А.Н., Скворцов, Н.К., Тришин, Ю.Г. Новый справочник химика и технолога. Основные свойства неорганических, органических и элементоорганических соединений, С.-Пб.: Мир и Семья, 2002. С. 348. [de Vecchi, D.A., Moskvin, A.V., Petrov, M.L., Reznikov, A.N., Skvortsov, N.K., and Trishin, Yu.G., New handbook of chemist and technologist. Basic properties of inorganic, organic and elementoorganic compounds (in Russian), Saint-Petersburg: “Mir i Sem’ya”, 2002. p. 348.]

  32. Никитин, В.С., Останина, Т.Н., Кумков, С.И., Рудой, В.М., Останин, Н.И. Определение периода наращивания рыхлого осадка цинка с использованием методов интервального анализа. Изв. вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2020. № 1. С. 11. [Nikitin, V.S., Ostanina, T.N., Kumkov, S.I., Rudoy, V.M., and Ostanin, N.I., Determination of the growth time period of loose zinc deposit using interval analysis methods, Russ. J. Non-Ferrous Met., 2020, vol. 61, p. 540.]

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Электрохимия

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал