Сергей Иванович Жук – мл. науч. сотрудник лаборатории электродных процессов; мл. науч. сотрудник научной лаборатории электрохимических устройств и материалов
620137, г. Екатеринбург, ул. Академическая, 20;
620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19
Sergey I. Zhuk – Junior Researcher of the Laboratory of Electrode Processes, Institute of High-Temperature Electrochemistry of Ural Branch of the Russian Academy of Sciences; Junior Researcher of the Laboratory ofElectrochemical Devices and Materials
20 Akademicheskaya str., Ekaterinburg, 620137;
19 Mira str., Ekaterinburg, 620002
Людмила Михайловна Минченко – к.х.н., инженерлаборатории электродных процессов
620137, г. Екатеринбург, ул. Академическая, 20
Lyudmila M. Minchenko – Cand. Sci. (Chem.), Engineer of the Laboratory of Electrode Processes
20 Akademicheskaya str., Ekaterinburg, 620137
Андрей Викторович Суздальцев – д.х.н., вед. науч. сотрудник лаборатории электродных процессов; заведующий научной лабораторией электрохимических устройств и материалов
620137, г. Екатеринбург, ул. Академическая, 20;
620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19
Andrey V. Suzdaltsev – Dr. Sci. (Chem.), Leading Researcher of the Laboratory of Electrode Processes; Head of the Laboratory of Electrochemical Devices and Materials
20 Akademicheskaya str., Ekaterinburg, 620137;
19 Mira str., Ekaterinburg, 620002
Андрей Владимирович Исаков – к.х.н., заведующий лабораторией электрокристаллизации и высокотемпературной гальванотехники
620137, г. Екатеринбург, ул. Академическая, 20
Andrey V. Isakov – Cand. Sci. (Chem.), Head of the Laboratory of Electrocrystallization and High-Temperature Electroplating
20 Akademicheskaya str., Ekaterinburg, 620137
Юрий Павлович Зайков – д.х.н., проф., научный руководитель; заведующий кафедрой технологии электрохимических производств
620137, г. Екатеринбург, ул. Академическая, 20;
620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19
Yuriy P. Zaikov – Dr. Sci. (Chem.), Prof., Scientific Supervisor; Head of the Department of Technology of Electrochemical Production
20 Akademicheskaya str., Ekaterinburg, 620137;
19 Mira str., Ekaterinburg, 620002
Кремний и материалы на его основе широко используются в металлургии, микроэлектронике и других развивающихся отраслях промышленности. Области применения синтезируемого кремния зависят от его морфологии и чистоты. В данной работе методами вольтамперометрии, гальваностатического электролиза и сканирующей электронной микроскопии изучено влияние поверхностно-активной добавки KI в расплав (мол.%) 66,5KF–33,3KCl–0,23K2SiF6 при температуре 750 °С на кинетику электровосстановления ионов кремния и морфологию получаемых на стеклоуглеродном катоде кремниевых осадков. Показано, что введение в расплав KF–KCl–K2SiF6 йодида калия в количестве 2 мол.% приводит к изменению межфазного натяжения на границе стеклоуглерод–расплав–атмосфера, а именно к снижению смачиваемости стеклоуглерода расплавом, в результате чего реальная рабочая поверхность, а соответственно, и катодный ток уменьшаются при сохранении плотности тока. С учетом подобного воздействия и алгебраической оценки влияния формы мениска расплава сделано предположение, что добавка KI практически не сказывается на кинетике катодного процесса. При этом отмечено заметное влияние добавок KI на морфологию электроосаждаемого кремния. При электролизе расплава KF–KCl–K2SiF6 на стеклоуглероде формируются волокнистые осадки кремния произвольной формы, в то время как добавление 2 и 4 мол.% йодида калия в расплав приводит к агломерации и сглаживанию осадков кремния при прочих равных условиях электролиза (катодная плотность тока – 0,02 А/см2, время электролиза – 2 ч). Полученные результаты указывают на возможность регулирования морфологии электроосаждаемого кремния с целью дальнейшего его применения в той или иной сфере.
Silicon and silicon-based materials find extensive applications in metallurgy, microelectronics, and other emerging industries. The field of use of synthesized silicon varies based on its morphology and purity. This study employs voltammetry, galvanostatic electrolysis, and scanning electron microscopy to examine the impact of KI surfactant (in mol %) to 66.5KF–33.3KCl–0.23K2SiF6 melt at 750°C on the electrowinning kinetics of silicon ions and the morphology of silicon deposits formed on a glassy carbon electrode. The findings demonstrate that the addition of potassium iodide to the KF–KCl–K2SiF6 melt at a concentration of 2 mol % induces changes in interfacial tension at the boundary between the glassy carbon, melt, and atmosphere. Consequently, the wetting of the glassy carbon with the melt decreases, leading to a reduction in the actual working surface area and, consequently, a decrease in cathode current while maintaining current density. Taking into account this effect and employing an algebraic estimation of the influence of the melt meniscus shape, it is postulated that the addition of KI does not significantly affect the kinetics of the cathode process. Nevertheless, the impact of KI addition on the morphology of electrodeposited silicon is mentioned. During the electrolysis of the KF–KCl–K2SiF6 melt, fibrous silicon deposits with arbitrary shapes are formed on the glassy carbon electrode, whereas the addition of 2 and 4 mol % of potassium iodide to the melt leads to the agglomeration and smoothing of silicon deposits under the same electrolysis conditions (cathode current density: 0.02 A/cm2, electrolysis duration: 2 h). The obtained results indicate the potential to manipulate the morphology of electrodeposited silicon for specific applications in various fields.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.