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Hochgeschwindigkeitsabscheidung von Zink
Untersuchung des elektrochemischen Reaktionsablaufes durch Experiment und Simulation
Roland Scharf
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Chemie
Betreuer*in
Peter Herzig
DOI
10.25365/thesis.15216
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29995.24793.668666-8
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Ziel dieser Arbeit war es, möglichst viele Aspekte der elektrochemischen Hochgeschwindigkeitsabscheidung von Zink aufzuklären, insbesondere den Reaktionsmechanismus. Dazu dienten rotierende Zylinderelektroden-Experimente und eine Versuchsmatrix (Variation von pH-Wert, Konzentration, Leitsalz, Rotationsgeschwindigkeit,…) wurde aufgestellt. Es wurde ein weiter Konzentrationsbereich von ZnSO4 untersucht und Modellsysteme mit einer Konzentration von 0.61 M definiert. Diese experimentellen Ergebnisse dienten der Einführung einer Strategie zur Aufklärung des Reaktionsmechanismus über die Modellierung. Durch die systematische Vorgehensweise in der gewählten Strategie erhielt man einen vollständiger Satz an elektrochemischen Parametern. Die Modellierung basiert auf einem „Multi Ion Continuum Approach“, der auch den Einfluss homogener Reaktionen berücksichtigt: „Multi Ion Transport and Reaction Model“ (MITReM).
In der Interpretation der Hochgeschwindigkeitsabscheidung mit Hilfe von Experimenten und Simulationen lag der Schwerpunkt auf der auftretenden Alkalisierung in Elektrodennähe und der Gasblasenrührung bei stark negativen Potentialen durch die Wasserstoffproduktion. Die erhaltenen experimentellen Ergebnissen konnten mittels Modellierung mit verifiziert werden und es wurde eine Übereinstimmung der erstellten Theorie (pH-abhängiger Reaktionsmechanismus) mit den gemessenen Strom-Spannungskurven, Effizienzmessungen oder spektroskopischen Messungen gefunden.
Abstract
(Englisch)
The aim of this work is the onvestigation of high-speed zinc deposition from aqueous solutions. For this purpose, a well considered experimental matrix was established in order to explore the characteristic features of the electrochemical system. As can be assumed, these characteristic of the system depend on the potential, the electrolyte composition (ZnSO4 concentration, supporting electrolyte concentration, pH value), the electrolyte convection due to the rotation speed of the cylinder electrode, the temperature, etc. The strategy was to start the investigation with simple systems and to proceed to more complex model systems of interest. This approach includes the investigation of all possible electrochemical reaction mechanisms. These experiments were performed using a Rotating Cylinder Electrode (RCE).
In order to obtain the maximum amount of information, particularly on the occuring reaction mechanisms, simulations have been performed using a suitable mathematical model. This model is based on a multi-ion continuum approach. The employed simulation tool MITReM (Multi-Ion Transport and Reaction Model) even considers homogeneous reactions in addition to the electrode reactions. Through the applied simulation approach not only assumptions are possible, but a proof of the exact behaviour of the system can be made. The results obtained from modelling are in good agreement with experimental findings, therefore a good description by the choosen electrochemical parameters has been achieved.
Besides the electrochemical parameters and the investigation of the mechanism, the main emphasis in the interpretation of high-speed zinc deposition by means of experiments and simulation lies in the observed alkalisation close to the surface of the zinc electrode, the gas-bubble stirring at negative potentials caused by hydrogen production, and the change of the surface structure during depostition.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
electrochemistry high speed zinc deposition modelling and simulation rotating cylinder electrode
Schlagwörter
(Deutsch)
Elektrochemie Hochgeschwindigkeitsabscheidung Zinkabscheidung Modellierung-Simulation rotierende Zylinderelektrode
Autor*innen
Roland Scharf
Haupttitel (Deutsch)
Hochgeschwindigkeitsabscheidung von Zink
Hauptuntertitel (Deutsch)
Untersuchung des elektrochemischen Reaktionsablaufes durch Experiment und Simulation
Publikationsjahr
2011
Umfangsangabe
112 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Deutsch
Beurteiler*in
Peter Herzig
Klassifikation
35 Chemie > 35.14 Elektrochemie
AC Nummer
AC08600584
Utheses ID
13652
Studienkennzahl
UA | 419 | | |