Qu'est-ce qu'une anode de carbone?
Les électrodes de carbone sont très utiles dans certaines réactions électrochimiques en raison de plusieurs propriétés favorables. Les réactions électrochimiques impliquent le transport d'électrons d'un endroit à un autre et, si elles sont configurées de manière appropriée, génèrent des courants électriques utiles. L'électricité peut être stockée, produite ou consommée dans les réactions utilisées dans les batteries, la production de métaux et de produits chimiques industriels, les condensateurs et les piles à combustible.
Les électrodes sont la surface solide sur laquelle se produisent les réactions électrochimiques dans les fluides. L'anode a une charge positive et attire les électrons, tandis que la cathode a une charge négative et attire les ions positifs. Par l'échange d'électrons de la cathode à l'anode, un courant électrique est établi. Le carbone peut servir à la fois une anode et une cathode; Cependant, dans les deux applications, le carbone est généralement associé à d'autres éléments pour augmenter la conductivité.
En chimie organique, on pense souvent au carbone dans ses molécules d'hydrocarbures, composés clés de la matière vivante et autrefois vivante. Les électrochimistes pensent que le carbone à l'état solide est constitué de graphite et de formes similaires, presque pures, de carbone. Le carbone lié presque exclusivement à d'autres atomes de carbone permet d'atteindre un niveau élevé d'électrons délocalisés qui en font un bon conducteur. Une anode en carbone est un choix privilégié en électrochimie pour d'autres raisons, notamment la non-toxicité, le faible coût et la flexibilité.
La première utilisation de carbone en tant que matériau cathodique a été démontrée en 1792 lorsque le graphite a réussi à remplacer les métaux dans certaines batteries expérimentales anciennes. Dans une batterie, l'énergie est stockée dans le potentiel électrochimique des réactifs et libérée si nécessaire.
Les condensateurs électroniques en carbone stockent la charge électrique entre des électrodes doubles en carbone de très grande surface. Un côté de la double couche agit comme une cathode en carbone et l'autre comme une anode en carbone. Les ions chargés positivement s'accrochent au côté cathodique et les charges négatives s'accrochent au côté anodique. Une fois déchargés, les électrons sont libérés dans le circuit.
Une anode en carbone moulée en graphite artificiel est utilisée dans la production à grande échelle de chlore, d’aluminium et de silicium. La production de carbure de calcium, de phosphore jaune et de ferroalliages utilise des anodes en carbone. Ces processus nécessitent de l'énergie. L'anode en carbone est progressivement consommée, perdant du carbone sous forme de dioxyde de carbone. Les anodes perdent en efficacité à mesure qu'elles se dégradent, ce qui incite à utiliser des anodes en oxyde de métal dans les usines de fabrication de chlore modernes.
Dans les piles à combustible, l'électricité provient directement de l'anode de la réaction électrochimique - une conversion très efficace par rapport à l'énergie générée indirectement par la combustion de combustibles pour entraîner des équipements mécaniques. Le combustible est généralement de l'hydrogène gazeux et l'oxydant est l'oxygène de l'air. La cellule de mélange cathode-électrode anode-électrolyte est très fine et est emballée en blocs de plus de 400 cellules disposées en série. L'anode en carbone remplit une fonction électrochimique, mais sert également à disperser des catalyseurs métalliques coûteux.