SIMULATION OF ELECTROCHEMICAL REACTIONS IN ELECTROPLATING CELLS

الموضوعات

علوم تطبيقية وتكنولوجية

الملخص

The increasing interest in the electrochemical phenomenon becomes clearer due to its major contribution to the overall industrial economy. Examples are found in batteries, fuel cells, or capacitors; for electric vehicles, portable devices, or industrial chemical productions; in the production of chlorine, caustic soda, aluminum; in electroplating, electromachining, electrorefining; and in corrosion. The simulation method of electrochemical cells through electrochemical plating is recently considered one of the most modern approaches. In this study, the kinetics of the chemical and electrochemical reactions are examined by modeling and understanding the essential and secondary (conjugate) chemical and electrochemical reactions during the plating process. In addition, the effects of various conditions on the speed and kinetics of these reactions are also considered. In order to apply this method, the mean-field kinetic equations and Poisson equation for a charged lattice model are adopted using two types of one-dimensional cells for the theoretical part of this study, namely (half-cell and full-cell) of size (100), with and without an applied potential of (e/2kT), provided that the cell contains two identical electrodes of thickness (10). A computer program in Visual Basic is specially constructed to display the results of this study as required. Through this program, the concentrations are determined, including (metallic atoms, cations, anions, solvents, vacancies, and electrons), as well as the charge distribution and electric potential across the sites. Two methods are used to determine the diffusion current, on which the mean-field kinetic equations mainly depend. They are: Replacement of ions instead of the solvent. Gradient of the chemical potential. In both methods, during the three periods (t = 1, 3, 5 × 10⁵), the results showed that under potential application across the cell, the deposition continues for a long time and then is suppressed when the anode reaches its failure limit. It is observed that the deposition increases with the extension of space charges at the cathode. On the other hand, the ionic evolution (cations) takes a peak shape at the cathode, with a certain gradient between the anode and cathode. A reversed situation occurs for the anions evolution. At the same time, the electric potential distribution across the sites becomes higher, resulting in increased deposition. Without potential application across the cell, the deposition starts and then stops at time (t = 6 × 10⁵) due to the suppression of electrochemical reactions at this time. Comparing the two methods mentioned above at time (t = 5 × 10⁵), it is found that the deposition in the first method, by diffusion current, is larger in quantity (for the metallic atoms concentration in the half-cell) than in the second method. The reverse occurs for the full-cell. It is also found in this study that the deposition at (t = 0.5 × 10⁵) is directly proportional to each of the ionic concentrations (cations and anions) in the electrolyte, the potential difference, and Fermi energy, and inversely proportional to the electrodes’ spacing.

روابط وملفات

التعريف والنوع

رقم الوثيقة

10219817-c4bb-4fd4-8f45-6e1db74d6c63

رقم العقد

0

نوع الوسائط

Crawler

نوع المحتوى

الرسائل العلمية

صيغة المصدر

رسائل ماجيستير

نوع الملف

pdf text

أسماء الملفات

1002075_1.pdf

بيانات النشر

ترجمة العنوان

محاكاة التفاعلات الكهروكيمياوية في خلايا الطلاء الكهرو كيمياوي

ألقاب المؤلفين

[{"name_ar":"تحسين الحطاب","title_ar":"اشراف","title_en":"Supervision"},{"name_ar":"حيدر حسين","title_ar":"اشراف","title_en":"Supervision"},{"name_ar":"كاظم خيون كحلول","title_ar":"اعداد","title_en":"Preparation"}]

اللغة

Arabic

المصدر والدورية

اسم المصدر

SIMULATION OF ELECTROCHEMICAL REACTIONS IN ELECTROPLATING CELLS

المحتوى والصفحات

عدد الصفحات

0

ترجمة الملخص

إن الاهتمام المتزايد بالظاهرة الكهروكيمياوية أصبح واضحاً ومتزايداً من خلال تواجدها اليومي في اقتصاديات الصناعة ككل، والأمثلة على ذلك كثيرة، منها الموجودة في البطاريات، خلايا الوقود أو المتسعات، السيارات الكهربائية، الأجهزة المحمولة أو الإنتاج الصناعي الكيميائي؛ إنتاج الكلور، الصودا، الألمنيوم؛ الطلاء الكهروكيمياوي، المكائن الكهربائية، التنقية بالتحليل الكهربائي، والتأكل. يعد أسلوب محاكاة الخلايا الكهروكيمياوية خلال عملية الطلاء الكهروكيمياوي من الأساليب الحديثة والجديدة في الوقت الحاضر. قد تم التطرق في هذه الدراسة إلى معرفة حركيات التفاعلات الكيميائية والكهروكيمياوية من خلال فهم ونمذجة التفاعلات الكهروكيمياوية الأساسية والتفاعلات الكيميائية المرافقة لها أثناء عملية الطلاء الكهروكيمياوي وتأثير الظروف المختلفة على حركية وسرعة التفاعلات. من أجل تطبيق هذا الأسلوب تم الاعتماد على معادلات متوسط المجال الحركي ومعادلة بوزون المستعملة لنموذج شبكي مشحون، وباستعمال نوعين من الخلايا باتجاه واحد لأغراض الجانب النظري في هذه الدراسة، وهما (نصف الخلية، والخلية الكاملة) ذات الحجم ( ) تحت تأثير جهد مسلط مقداره ( ) أو عدمه، مع العرض بأن الخلية تحتوي على قطبين متماثلين سمك كل واحد منهما ( ). ولإظهار نتائج هذه الدراسة بشكلها المطلوب، تم بناء برنامج حاسوبي بلغة فيجوال بيسك لحساب التراكيز وهي: (الذرات المعدنية، الأيونات الموجبة، الأيونات السالبة، المذيب، الفراغات، الإلكترونات)، توزيع الشحنات والجهد الكهربائي عبر المواقع. فقد استُعملت طريقتان لحساب تيار الانتشار، الذي يعتمد عليه بشكل رئيسي في معادلات متوسط المجال الحركي، وهما: الأولى إحلال الأيونات بدلاً من المذيب، والثانية التدرج بالجهد الكيميائي. وفي كلتا الطريقتين فقد أظهرت النتائج خلال الفترات الزمنية الثلاثة ( ) على النحو التالي: في حالة تسليط جهد عبر الخلية، فإنه يزداد استمرارية الترسيب لفترات زمنية طويلة جداً، ومن ثم يتوقف عند انهيار قطب الأنود. ومن الملاحظ أن الترسيب يزداد عندما تزداد مساحة توزيع الشحنات عند قطب الكاثود، هذا من جهة. ومن جهة أخرى، فإن النمو الأيوني الموجب يكون على شكل قمة عند قطب الكاثود ويكون متدرجاً بين قطبي الأنود والكاثود، ويحصل العكس بالنسبة للنمو الأيوني السالب. وفي الوقت نفسه، فإن توزيع الجهد الكهربائي عبر المواقع عندما يكون عالي يؤدي بالنتيجة إلى زيادة الترسيب. أما في الحالة الأخرى التي لم يتم تسليط جهد عبر الخلية، فإن الترسيب سوف يبدأ ومن ثم يتوقف عند زمن ( )، ويعزى ذلك إلى توقف التفاعلات الكهروكيمياوية عند هذا الزمن. ومن خلال استعمال الطريقتين آنف الذكر، تمت المقارنة بينهما عند زمن ( )، فوجد أن الترسيب للطريقة الأولى (بتيار الانتشار) أكثر كمية (تركيز للذرات المعدنية) لنصف الخلية من الطريقة الثانية (بتيار الانتشار)، ويجري العكس في حالة الخلية الكاملة. كما وتم التعرف في هذه الدراسة على تأثير الظروف المختلفة على عملية الترسيب، وهي (التراكيز، فرق الجهد، طاقة Fermi، المسافة بين الأقطاب) عند زمن ( )، فوجد أن الزيادة في تراكيز الأيونات الموجبة والسالبة في المحلول، فرق الجهد عبر الأقطاب، طاقة Fermi تؤدي بالنتيجة إلى زيادة الترسيب، فيما يكون العكس عند زيادة المسافة بين الأقطاب.

كلمات الباحثين

Electrochemical cells, Electrochemical plating, Diffusion current, Mean-field kinetic equations, Charge distribution, Electric potential, Deposition

إشراف وإعداد

الإشراف

تحسين الحطاب, حيدر حسين

الإعداد

كاظم خيون كحلول

الاقتباسات الببليوغرافية