Ю. Г. Михалев, Н. Ю. Жаринова.
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 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 в первом экстремуме всегда имеют наибольшую амплитуду. В момент времени tэкстр достижения первого экстремума плотности тока iэкстр или перенапряжения hэкстр у межфазной границы становятся видны циркуляционные ячейки. До tэкстр никаких движений на межфазной границе визуально не наблюдается.
Промежуток времени от момента замыкания цепи до tэкстр (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 tэкстр , свойствами систем и геометрическими размерами электродов. tэкстр, 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).
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:
расплавленные соли, жидкие металлические электроды, диссипативные структуры, циркуляционные ячейки, ламинарный слой электролита, поляризационные зависимости, плотность тока, перенапряжение, кривые включения, межфазное натяжение.
DOI: 10.31857/S0235010621040058