Che cos'è un anodo di carbonio?
Gli elettrodi di carbonio sono molto utili in alcune reazioni elettrochimiche a causa di diverse proprietà favorevoli. Le reazioni elettrochimiche comportano il trasporto di elettroni da un luogo all'altro e, se configurato in modo appropriato, producono di conseguenza correnti elettriche utili. L'elettricità può essere immagazzinata, prodotta o consumata nelle reazioni, che vengono utilizzate nelle batterie, nella produzione di metalli e prodotti chimici industriali, condensatori e celle a combustibile.
Gli elettrodi sono la superficie solida alla quale si verificano reazioni elettrochimiche fluide. L'anodo ha una carica positiva e attira gli elettroni, mentre il catodo ha una carica negativa e attira gli ioni positivi. Dallo scambio di elettroni dal catodo all'anodo, viene stabilita la corrente elettrica. Il carbonio può servire sia un anodo che un catodo; tuttavia, in entrambe le applicazioni, il carbonio viene solitamente combinato con altri elementi per aumentare la conducibilità.
Nella chimica organica, il carbonio è spesso pensato nelle sue molecole di idrocarburi, i composti chiave della materia vivente e precedentemente vivente. Gli elettrochimici pensano al carbonio nei suoi stati solidi di grafite e forme simili, quasi pure di carbonio. Il carbonio legato quasi esclusivamente ad altri atomi di carbonio raggiunge un alto grado di elettroni delocalizzati che lo rendono un buon conduttore. Un anodo di carbonio è una scelta preferita in elettrochimica per altri motivi tra cui la non tossicità, il basso costo e la flessibilità.
Il primo uso del carbonio come materiale catodico fu dimostrato nel 1792 quando la grafite sostituì con successo i metalli in alcune prime batterie sperimentali. In una batteria, l'energia viene immagazzinata nel potenziale elettrochimico dei reagenti e rilasciata se necessario.
Condensatori elettronici costituiti da carica elettrica di deposito di carbonio tra doppi elettrodi di carbonio di immensa superficie. Un lato del doppio strato funge da catodo di carbonio e l'altro da anodo di carbonio. Gli ioni caricati positivamente si aggrappano al lato catodico e si caricano negativamente sul lato anodico. Quando scaricati, gli elettroni vengono rilasciati nel circuito.
Un anodo di carbonio stampato a base di grafite artificiale viene utilizzato nella produzione su larga scala di cloro, alluminio e silicio. La produzione di carburo di calcio, fosforo giallo e ferroleghe utilizza anodi di carbonio. Questi processi richiedono energia. L'anodo di carbonio viene gradualmente consumato nel processo, perdendo carbonio come biossido di carbonio. Gli anodi perdono efficienza man mano che si degradano, spingendo l'uso di anodi di ossido di metallo nei moderni impianti di produzione di cloro.
Nelle celle a combustibile, l'elettricità viene prelevata direttamente dall'anodo della reazione elettrochimica, una conversione molto efficiente rispetto all'energia generata indirettamente attraverso la combustione di combustibili per guidare le apparecchiature meccaniche. Il carburante è generalmente idrogeno gassoso e l'ossidante è ossigeno dall'aria. La cella a catodo misto elettrolita-anodo è molto sottile ed è confezionata in blocchi di oltre 400 celle disposte in serie. L'anodo di carbonio svolge una funzione elettrochimica, ma funge anche da modo per disperdere costosi catalizzatori metallici.