Тип публикации: статья из журнала
Год издания: 2021
Идентификатор DOI: 10.31857/S0235010621040058
Ключевые слова: molten salts, Liquid Metal Electrodes, dissipative structures, Circulation cells, laminar electrolyte layer, Polarization dependences, current density, overvoltage, non-stationary curves, interfacial tension, расплавленные соли, жидкие металлические электроды, диссипативные структуры, циркуляционные ячейки, ламинарный слой электролита, поляризационные зависимости, плотность тока, перенапряжение, кривые включения, межфазное натяжение
Аннотация: При поляризации жидких металлических электродов в разбавленных расплавах возникают диссипативные структуры, обусловленные естественной и межфазной (эффект Марангони) конвекциями. Вид структур определяет форму поляризационной зависимости. При катодной поляризации жидких электродов из свинца, висмута, кадмия, алюминия в хлоридных расплавах в диапазоне от потенциала без тока до потенциала нулевого заряда у межфазной границы доминируют структуры в виде вихрей – циркуляционных ячеек, обусловленные микроэффектом Марангони. При этом стационарные поляризационные зависимости, полученные в потенциостатических условиях имеют характерный максимум плотности тока, а зависимости перенапряжения η и плотности тока <i>i</i> от времени при ступенчатом задании тока в гальваностатических условиях или потенциала в потенциостатических условиях (кривые включения) имеют характерные экстремумы тока или перенапряжения, убывающие по величине вплоть до установления стационарного состояния, т.е. система от момента замыкания цепи эволюционирует по закону затухающих колебаний, с периодом, зависящим от времени. Значения η и <i>i</i> в первом экстремуме всегда имеют наибольшую амплитуду. В момент времени τэкстр достижения первого экстремума плотности тока <i>i</i>экстр или перенапряжения ηэкстр у межфазной границы становятся видны циркуляционные ячейки. До τэкстр никаких движений на межфазной границе визуально не наблюдается. Промежуток времени от момента замыкания цепи до τэкстр (0.1–1 с) представляет собой переходный период при формировании циркуляционных ячеек, в течение которого должны быть одновременно выполнены два условия: а) фронт диффузии отодвинулся бы на достаточное расстояние от электрода, и образовался диффузионный слой с нормальным к межфазной границе градиентом концентрации; б) разность между концентрациями у поверхности электрода и в объеме электролита достигла бы некоторой критической величины. В работе в виде критериального уравнения получена зависимость между τэкстр, свойствами систем и геометрическими размерами электродов. τэкстр, рассчитанные по уравнению, удовлетворительно совпадают с экспериментальными значениями. Показано, что работа образования циркуляционных ячеек определяется свойствами солевой и металлической фаз, зависит от плотности тока или потенциала и изменяется в широком диапазоне (≈0.3–68 Дж/м2). During polarization of liquid metal electrodes in diluted melts, dissipative structures arise due to natural and interphase (Marangoni-effect) convections. The type of structures determines the shape of the polarization dependence. In the case of cathodic polarization of liquid electrodes made of lead, bismuth, cadmium, aluminum in chloride melts in the range from the potential without current to the zero charge potential at the interface, structures in the form of vortices—circulation cells, due to the Marangoni microeffect—dominate. In this case, the stationary polarization dependences obtained under potentiostatic conditions have a characteristic maximum of current density, and the dependences of the overvoltage η and current density <i>i</i> on time with stepwise setting of the current under galvanostatic conditions or potential under potentiostatic conditions (non-stationary curves) have characteristic current or overvoltage extrema that decrease in magnitude up to the establishment of a stationary state, i.e. the system from the moment of closing of the circuit evolves according to the law of damped oscillations, with a period that depends on time. The values of η and <i>i</i> in the first extremum always have the largest amplitude. At the time τextr of reaching the first extremum of the current density <i>i</i>extr or overvoltage ηextr at the interphase boundary, circulation cells become visible. Until τextr no movements are visually observed at the interface. The time interval from the moment of circuit closing to τextr (0.1–1 s) is a transition period during the formation of circulation cells, during which two conditions must be fulfilled simultaneously: a) the diffusion front would move a sufficient distance from the electrode and a diffusion layer would form with a concentration gradient normal to the interface; b) the difference between the concentrations at the electrode surface and in the electrolyte volume would reach a certain critical value. In the work in the form of a criterion equation, the dependence is obtained between τextr, the properties of systems and the geometric dimensions of the electrodes. τextr calculated by the equation satisfactorily coincide with the experimental values. It is shown that the work of the formation of circulation cells is determined by the properties of the salt and metal phases, depends on the current density or potential and varies over a wide range (0.3–68 J/m2).
Журнал: Расплавы
Выпуск журнала: № 4
Номера страниц: 416-431
ISSN журнала: 02350106
Место издания: Москва
Издатель: Российская академия наук, Уральское отделение РАН, Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт бетона и железобетона