Wat is een koolstofanode?
Koolstofelektroden zijn zeer nuttig in sommige elektrochemische reacties vanwege verschillende gunstige eigenschappen. Elektrochemische reacties omvatten het transport van elektronen van de ene plaats naar de andere en leveren, indien correct geconfigureerd, als gevolg bruikbare elektrische stromen op. Elektriciteit kan worden opgeslagen, geproduceerd of verbruikt in de reacties, die worden gebruikt in batterijen, de productie van industriële metalen en chemicaliën, condensatoren en brandstofcellen.
Elektroden zijn het vaste oppervlak waarop fluïde elektrochemische reacties optreden. De anode heeft een positieve lading en trekt elektronen aan, terwijl de kathode een negatieve lading heeft en de positieve ionen aantrekt. Door de uitwisseling van elektronen van de kathode naar de anode wordt elektrische stroom tot stand gebracht. Koolstof kan zowel een anode of kathode dienen; in beide toepassingen wordt koolstof echter meestal gecombineerd met andere elementen om de geleidbaarheid te vergroten.
In de organische chemie wordt vaak gedacht aan koolstof in zijn koolwaterstofmoleculen, de belangrijkste verbindingen van levende en eerder levende materie. Elektrochemici denken aan koolstof in zijn vaste toestand van grafiet en soortgelijke, bijna zuivere koolstofvormen. Koolstof bijna uitsluitend gebonden aan andere koolstofatomen bereikt een hoge mate van delocalized elektronen die het een goede geleider maken. Een koolstofanode is een favoriete keuze in de elektrochemie om andere redenen, waaronder niet-toxiciteit, lage kosten en flexibiliteit.
Het eerste gebruik van koolstof als kathodisch materiaal werd aangetoond in 1792 toen grafiet met succes metalen verving in sommige experimentele vroege batterijen. In een batterij wordt energie opgeslagen in de elektrochemische potentiaal van de reactanten en indien nodig vrijgegeven.
Elektronische condensatoren gemaakt van elektrische opslag van koolstofopslag tussen dubbele koolstofelektroden met een enorm oppervlak. De ene kant van de dubbele laag werkt als een koolstofkathode en de andere als een koolstofanode. De positief geladen ionen klampen zich vast aan de kathodische zijde en laden negatief vast aan de anodische zijde. Bij ontlading komen elektronen vrij in het circuit.
Een gegoten koolstofanode gemaakt van kunstmatig grafiet wordt gebruikt bij de grootschalige productie van chloor, aluminium en silicium. Productie van calciumcarbide, gele fosfor en ferrolegeringen maakt gebruik van koolstofanodes. Deze processen vereisen energie. De koolstofanode wordt geleidelijk verbruikt in het proces en verliest koolstof als koolstofdioxide. De anoden verliezen hun efficiëntie naarmate ze achteruitgaan, wat het gebruik van metaaloxideanoden in moderne chloorfabrieken veroorzaakt.
In brandstofcellen wordt elektriciteit rechtstreeks onttrokken aan de anode van de elektrochemische reactie - een zeer efficiënte conversie in vergelijking met indirect opgewekte energie door verbranding van brandstoffen om mechanische apparatuur aan te drijven. De brandstof is meestal waterstofgas en het oxidatiemiddel is zuurstof uit de lucht. De anode-elektrolytmix-kathodecel is erg dun en is verpakt in blokken van meer dan 400 in serie gerangschikte cellen. De koolstofanode vervult een elektrochemische functie, maar dient ook als een manier om dure metaalkatalysatoren te dispergeren.