Hvad er en kulstofanode?
Carbonelektroder er meget nyttige i nogle elektrokemiske reaktioner på grund af adskillige gunstige egenskaber. Elektrokemiske reaktioner involverer transport af elektroner fra et sted til et andet og giver, hvis de er konfigureret korrekt, nyttige elektriske strømme som et resultat. Elektricitet kan opbevares, produceres eller forbruges i reaktionerne, der bruges i batterier, produktion af industrielle metaller og kemikalier, kondensatorer og brændselsceller.
Elektroder er den faste overflade, hvormed fluidelektrokemiske reaktioner forekommer. Anoden har en positiv ladning og tiltrækker elektroner, mens katoden har en negativ ladning og tiltrækker de positive ioner. Ved udveksling af elektroner fra katoden til anoden etableres elektrisk strøm. Carbon kan tjene både en anode eller katode; i begge anvendelser kombineres kulstof imidlertid normalt med andre elementer for at øge ledningsevnen.
I organisk kemi er kulstof ofte tænkt på i dens carbonhydridmolekyler, nøgleforbindelserne i levende og tidligere levende stof. Elektrokemikere tænker på kulstof i dens faste tilstande med grafit og lignende, næsten rene kulstofformer. Carbon, der næsten udelukkende er bundet til andre carbonatomer, opnår en høj grad af delokaliserede elektroner, der gør det til en god leder. En carbonanode er et foretrukket valg inden for elektrokemi af andre grunde, herunder ikke-toksicitet, lave omkostninger og fleksibilitet.
Den første anvendelse af kulstof som et katodisk materiale blev demonstreret i 1792, da grafit med succes erstattede metaller i nogle eksperimentelle tidlige batterier. I et batteri opbevares energi i det elektrokemiske potentiale for reaktanterne og frigøres om nødvendigt.
Elektroniske kondensatorer lavet af kulstof opbevarer elektrisk ladning mellem dobbelt kulstofelektroder med stort overfladeareal. Den ene side af dobbeltlaget fungerer som en carbon cathode og den anden som en carbon anode. De positivt ladede ioner klamrer sig fast til den katodiske side og lades negativt fast ved den anodiske side. Ved udladning frigives elektroner til kredsløbet.
En støbt kulstofanode fremstillet af kunstig grafit bruges til storstilet produktion af klor, aluminium og silicium. Fremstilling af calciumcarbid, gul fosfor og ferrolegeringer bruger carbonanoder. Disse processer kræver energi. Kulstofanoden forbruges gradvist i processen og mister kulstof som kuldioxid. Anoderne mister effektiviteten, når de nedbrydes, hvilket medfører brug af metaloxidanoder i moderne klorfabrikker.
I brændselsceller trækkes elektricitet direkte fra anoden til den elektrokemiske reaktion - en meget effektiv konvertering sammenlignet med energi, der genereres indirekte gennem forbrænding af brændstof til at drive mekanisk udstyr. Brændstoffet er normalt brintgas, og oxidanten er ilt fra luften. Anode-elektrolyt-blandekatodecellen er meget tynd og er pakket i blokke på mere end 400 celler arrangeret i serie. Carbonanoden udfører en elektrokemisk funktion, men tjener også som en måde at sprede dyre metalliske katalysatorer.