용융 붕산염에서의 2단계 Fe 환원 및 전자 전류 손실

1000 °C의 B₂O₃-Na₂O-molten-electrolyte에서 용해된 Fe 이온의 음극 환원 메커니즘, 그리고 셀의 전류 효율을 지배하는 기생 전자 전도 경로에 관한 내용이다 (see Choi et al., Ironmaking & Steelmaking (2021)).

2단계 음극 환원

• 1단계 (R3, Mo 유사 기준 전극 대비 ~0.32 V) — 단일 전자 Fe³⁺ → Fe²⁺ (가용성 중간체; CV E_p/2 − E_p 분석으로부터 n ≈ 1.2–1.3; see Choi et al., Ironmaking & Steelmaking (2021), Table 2).
• 2단계 (R1, Mo 대비 ~−0.13 V) — 2전자 Fe²⁺ → Fe⁰ 금속 석출 (느린 주사 속도에서 n → 2), electrodeposited-iron-MOE 생성.

주요 효율 손실 — 전자 전도

Fe³⁺/Fe²⁺ 산화환원 쌍이 용융염 내 전자 호핑을 매개하며, 이는 이온성 패러데이 전류가 아닌 전자 전류를 발생시킨다. 이것이 전류 효율 손실의 주된 원인이다:

• 1.4 V에서 30.4% 손실 및 2 V에서 9.2% 손실 (see Choi et al., Ironmaking & Steelmaking (2021), Fig. 9b).
• 셀 전압이 높아질수록 전자 전류 비율이 감소하며, 이는 측정된 전류 효율 향상 33.2% → 54.7% 를 설명한다 (Table 4).

연관 항목

B₂O₃-Na₂O-molten-electrolyte 내에서 작동하며 electrodeposited-iron-MOE를 생성한다. 전자 호핑 손실 메커니즘은 붕산염 용융염의 Fe³⁺/Fe²⁺ 쌍이 갖는 고유한 특성이다.