Was ist eine Kohlenstoffanode?
Kohlenstoffelektroden sind aufgrund mehrerer günstiger Eigenschaften bei einigen elektrochemischen Reaktionen sehr nützlich. Bei elektrochemischen Reaktionen werden Elektronen von einem Ort zum anderen transportiert und liefern bei entsprechender Konfiguration nützliche elektrische Ströme. Strom kann in den Reaktionen gespeichert, erzeugt oder verbraucht werden, die in Batterien, bei der Herstellung von Industriemetallen und -chemikalien, Kondensatoren und Brennstoffzellen verwendet werden.
Elektroden sind die feste Oberfläche, an der flüssige elektrochemische Reaktionen ablaufen. Die Anode ist positiv geladen und zieht Elektronen an, während die Kathode negativ geladen ist und die positiven Ionen anzieht. Durch den Austausch von Elektronen von der Kathode zur Anode wird elektrischer Strom aufgebaut. Kohlenstoff kann sowohl als Anode als auch als Kathode dienen. Bei beiden Anwendungen wird Kohlenstoff normalerweise mit anderen Elementen kombiniert, um die Leitfähigkeit zu erhöhen.
In der organischen Chemie wird Kohlenstoff häufig in seinen Kohlenwasserstoffmolekülen betrachtet, den Schlüsselverbindungen lebender und zuvor lebender Materie. Elektrochemiker denken an Kohlenstoff in seinen festen Zuständen aus Graphit und ähnlichen, fast reinen Kohlenstoffformen. Kohlenstoff, der fast ausschließlich an andere Kohlenstoffatome gebunden ist, erzielt einen hohen Anteil an delokalisierten Elektronen, die ihn zu einem guten Leiter machen. Eine Kohlenstoffanode ist eine bevorzugte Wahl in der Elektrochemie aus anderen Gründen, einschließlich Ungiftigkeit, geringen Kosten und Flexibilität.
Die erste Verwendung von Kohlenstoff als kathodisches Material wurde 1792 demonstriert, als Graphit Metalle in einigen experimentellen frühen Batterien erfolgreich ersetzte. In einer Batterie wird Energie im elektrochemischen Potential der Reaktanten gespeichert und bei Bedarf freigesetzt.
Elektronische Kondensatoren aus Kohlenstoff speichern die elektrische Ladung zwischen Kohlenstoffdoppelelektroden von immenser Oberfläche. Eine Seite der Doppelschicht wirkt als Kohlenstoffkathode und die andere als Kohlenstoffanode. Die positiv geladenen Ionen haften an der kathodischen Seite und die negativ geladenen an der anodischen Seite. Beim Entladen werden Elektronen an den Stromkreis abgegeben.
Eine geformte Kohlenstoffanode aus künstlichem Graphit wird für die großtechnische Herstellung von Chlor, Aluminium und Silizium verwendet. Zur Herstellung von Calciumcarbid, gelbem Phosphor und Ferrolegierungen werden Kohlenstoffanoden verwendet. Diese Prozesse benötigen Energie. Die Kohlenstoffanode wird dabei allmählich verbraucht, wobei Kohlenstoff als Kohlendioxid verloren geht. Die Anoden verlieren mit zunehmendem Abbau an Effizienz, was den Einsatz von Metalloxidanoden in modernen Chlorherstellungsanlagen zur Folge hat.
In Brennstoffzellen wird Elektrizität direkt von der Anode der elektrochemischen Reaktion bezogen - eine sehr effiziente Umwandlung im Vergleich zu Energie, die indirekt durch die Verbrennung von Brennstoffen zum Antrieb mechanischer Geräte erzeugt wird. Der Brennstoff ist gewöhnlich Wasserstoffgas, und das Oxidationsmittel ist Luftsauerstoff. Die Anoden-Elektrolyt-Mischkathoden-Zelle ist sehr dünn und in Blöcken von mehr als 400 in Reihe angeordneten Zellen verpackt. Die Kohlenstoffanode übt eine elektrochemische Funktion aus, dient aber auch dazu, teure metallische Katalysatoren zu dispergieren.