Механизм и кинетика переходных процессов на межфазных границах электрохимических преобразователей энергии на основе низкотемпературных твердых электролитов

• Проведение компьютерного моделирования процесса электрохимического растворения распределенного металлического электрода;

• Разработка методики выращивания из растворов монокристаллов медьпроводящих твердых электролитов.

Место выполнения работы и ее связь с научными программами и темами. Диссертационная работа выполнялась в Ульяновском отделении Института радиотехники и электроники РАН и Саратовском государственном техническом университете.

Работы, результаты которых включены в диссертационную работу, выполнялись в соответствии с Постановлением ЦК КПСС и СМ СССР №55–25 от 17.01.72 г., Постановлениями СМ РСФСР №630 от 28.11.75 г.и №610 от 12.11.76 г., Координационными планами научного совета АН СССР «Электрохимия, электрохимические источники тока» и «Физическая химия ионных расплавов и твердых электролитов», а также на хоздоговорной основе с Институтом высокотемпературной электрохимии Уральского отделения АН СССР, Институтом кристаллографии АН СССР, НПО «Квант» (г. Москва), НИИ химических источников тока (г. Саратов).

Научная новизна и значимость полученных результатов

Рассчитана концентрация электронных дефектов (дырок или Си24) в медьпроводящих электролитах с использованием величины потенциала индифферентного электрода [8,10]. Величина концентрации Си2+ в электролите обуславливает величину его электронной проводимости, которая является основным критерием при оценке возможности использования электролита в электрохимических устройствах.

Выявлены лимитирующие стадии процесса электрохимического разложения электролита СцД и оценена толщина слоя продуктов реакции разложения на поверхности электрода [15,19,23]. Кинетика этого процесса имеет большое значение при организации химического источника тока путем разложения электролита, приводящего к выделению меди на одном токоподаодеиода.

Количественно исследована кинетика электрохимической генерации – рекомбинации электронных дефектов на индифферентном электроде при малых отклонениях потенциала от стационарного значения. Определены величины основных кинетических параметров реакции: сопротивления переноса заряда, коэффициента диффузии этих дефектов [11,13,20].

Исследована кинетика электрохимического осаждения меди на индифферентном электроде. Выявлена лимитирующая стадия электродного процесса [11]. Исследования имеют значение при разработке кулонометров, таймеров и других функциональных элементов на базе низкотемпературных твердых электролитов, в которых один из электродов, как правило, является индифферентным.

Выяснено, что при малых отклонениях от равновесного потенциала медный электрод ведет себя как индифферентный и на его поверхности протекает реакция с участием электронных дефектов.

Определено, что при потенциалах более 10 мВ на медном электроде деблокируется реакция осаждения – растворения меди вследствие разрушения слоя оксидов. Исследована кинетика этой электродной реакции при потенциалах, далеких от равновесного [1,59]. Выявлены лимитирующие стадии и оценены величины скорости роста игл и дендритов на поверхности меди и скорость роста толщины электрода в целом в зависимости от потенциала. Получена величина плотности тока обмена.

Предложена методика расчета величины дырочной проводимости электролитов, содержащих примесь потенциалопределяющих электронных дефектов, из величины предельного катодного тока на блокирующем электроде [1,58].

Оценена величина дырочной проводимости при термодинамическом равновесии ячейки. Данная методика упрощает процесс оценки величины дырочной проводимости и позволяет устранить искажения за счет частичного разложения электролита.