Что такое углеродный анод?

Углеродные электроды очень полезны в некоторых электрохимических реакциях из-за нескольких благоприятных свойств. Электрохимические реакции включают в себя перенос электронов из одного места в другое и, при правильной конфигурации, дают полезные электрические токи в результате. Электричество может храниться, производиться или потребляться в реакциях, которые используются в батареях, производстве промышленных металлов и химикатов, конденсаторах и топливных элементах.

Электроды - это твердая поверхность, на которой происходят электрохимические реакции жидкости. Анод имеет положительный заряд и притягивает электроны, тогда как катод имеет отрицательный заряд и притягивает положительные ионы. Путем обмена электронами от катода к аноду устанавливается электрический ток. Углерод может служить как анодом, так и катодом; однако в обоих случаях углерод обычно комбинируется с другими элементами для увеличения проводимости.

В органической химии углерод часто рассматривается в его углеводородных молекулах, ключевых соединениях живой и ранее живой материи. Электрохимики думают об углероде в его твердых состояниях графита и подобных, почти чистых формах углерода. Углерод, связанный почти исключительно с другими атомами углерода, обеспечивает высокую степень делокализованных электронов, что делает его хорошим проводником. Углеродный анод является предпочтительным выбором в электрохимии по другим причинам, включая нетоксичность, низкую стоимость и гибкость.

Первое использование углерода в качестве катодного материала было продемонстрировано в 1792 году, когда графит успешно заменил металлы в некоторых экспериментальных ранних батареях. В батарее энергия накапливается в электрохимическом потенциале реагентов и высвобождается по мере необходимости.

Электронные конденсаторы, выполненные из углерода, хранят электрический заряд между двойными углеродными электродами с большой площадью поверхности. Одна сторона двойного слоя действует как углеродный катод, а другая - как углеродный анод. Положительно заряженные ионы цепляются за катодную сторону, а отрицательные заряды цепляются за анодную сторону. При разряде электроны попадают в цепь.

Литой углеродный анод из искусственного графита используется в крупномасштабном производстве хлора, алюминия и кремния. Для производства карбида кальция, желтого фосфора и ферросплавов используются углеродные аноды. Эти процессы требуют энергии. Углеродный анод постепенно расходуется в процессе, теряя углерод в виде диоксида углерода. Аноды теряют эффективность по мере их разрушения, что побуждает использовать оксиды металлов на современных заводах по производству хлора.

В топливных элементах электричество берется непосредственно из анода электрохимической реакции - очень эффективного преобразования по сравнению с энергией, генерируемой косвенно в результате сжигания топлива для привода механического оборудования. Топливом обычно является газообразный водород, а окислителем - кислород из воздуха. Анодно-электролитная смесь-катодная ячейка очень тонкая и упакована в блоки из более чем 400 элементов, расположенных последовательно. Углеродный анод выполняет электрохимическую функцию, но также служит способом диспергирования дорогих металлических катализаторов.