Hva er en karbonanode?

Karbonelektroder er veldig nyttige i noen elektrokjemiske reaksjoner på grunn av flere gunstige egenskaper. Elektrokjemiske reaksjoner innebærer transport av elektroner fra et sted til et annet og gir, hvis de er konfigurert på passende måte, nyttige elektriske strømmer som et resultat. Elektrisitet kan lagres, produseres eller forbrukes i reaksjonene som brukes i batterier, produksjon av industrielle metaller og kjemikalier, kondensatorer og brenselceller.

Elektroder er den faste overflaten hvorpå flytende elektrokjemiske reaksjoner oppstår. Anoden har en positiv ladning og tiltrekker seg elektroner, mens katoden har en negativ ladning og tiltrekker seg de positive ionene. Ved utveksling av elektroner fra katoden til anoden etableres elektrisk strøm. Karbon kan tjene både en anode eller katode; i begge applikasjoner blir imidlertid karbon vanligvis kombinert med andre elementer for å øke ledningsevnen.

I organisk kjemi blir karbon ofte tenkt på i hydrokarbonmolekylene, nøkkelforbindelsene til levende og tidligere levende materiale. Elektrokjemikere tenker på karbon i dens faste tilstander av grafitt og lignende, nesten rene karbonformer. Karbon bundet nesten utelukkende til andre karbonatomer oppnår en høy grad av delokaliserte elektroner som gjør det til en god leder. En karbonanode er et foretrukket valg innen elektrokjemi av andre grunner, inkludert ikke-toksisitet, lave kostnader og fleksibilitet.

Den første bruken av karbon som katodisk materiale ble demonstrert i 1792 da grafitt vellykket erstattet metaller i noen eksperimentelle tidlige batterier. I et batteri lagres energi i det elektrokjemiske potensialet til reaktantene og frigjøres etter behov.

Elektroniske kondensatorer laget av karbon lagrer elektrisk ladning mellom doble karbonelektroder med enormt overflateareal. Den ene siden av dobbeltlaget fungerer som en karbonkatode og den andre som en karbonanode. De positivt ladede ionene klamrer seg til den katodiske siden, og de lades negativt fast ved den anodiske siden. Ved utslipp frigjøres elektroner til kretsen.

En støpt karbonanode laget av kunstig grafitt brukes i storstilt produksjon av klor, aluminium og silisium. Produksjon av kalsiumkarbid, gul fosfor og ferrolegeringer bruker karbonanoder. Disse prosessene krever energi. Karbonanoden forbrukes gradvis i prosessen, og mister karbon som karbondioksid. Anodene mister effektiviteten når de forringes, noe som bevirker bruk av metalloksydanoder i moderne klorfabrikker.

I brenselceller trekkes elektrisitet direkte fra anoden til den elektrokjemiske reaksjonen - en meget effektiv konvertering sammenlignet med energi som genereres indirekte gjennom forbrenning av brensel til å drive mekanisk utstyr. Drivstoffet er vanligvis hydrogengass, og oksidanten er oksygen fra luften. Anode-elektrolytt blandekatodecellen er veldig tynn og er pakket i blokker med mer enn 400 celler arrangert i serie. Karbonanoden utfører en elektrokjemisk funksjon, men fungerer også som en måte å spre dyre metalliske katalysatorer.