Kas ir oglekļa anods?

Vispārīga izpratne par oglekļa elektrodiem

Ļoti vispārīgā nozīmē “elektrods” ir jebkura virsma, virs kuras tiek pārnesti, notverti vai vadīti elektriskie lādiņi. Elektrodi ir cieta virsma, uz kuras notiek šķidras elektroķīmiskās reakcijas. Anodam ir pozitīvs lādiņš un tas piesaista elektronus, savukārt katodam ir negatīvs lādiņš un tas piesaista pozitīvos jonus. Vairumā gadījumu tā ir elektronu apmaiņa no katoda uz anodu, kas rada elektrisko strāvu.

Īpaši oglekļa elektrods parasti ir izgatavots no elementārā oglekļa vai kas izmanto oglekli kā primāro vadītāju. Elektroķīmiskās reakcijas ietver elektronu transportēšanu no vienas vietas uz citu, un, ja tās ir atbilstoši konfigurētas, rezultātā rodas noderīgas elektriskās strāvas. Reakcijās elektroenerģiju var uzglabāt, ražot vai patērēt. Ogleklis var kalpot gan kā anods, gan kā katods; tomēr abos lietojumos oglekli parasti apvieno ar citiem elementiem, lai palielinātu tā dabisko vadītspēju.

Elektroķīmiskās īpašības

Organiskajā ķīmijā ogleklis bieži tiek uzskatīts par tā ogļūdeņražu molekulām, kas ir galvenie dzīvās un agrāk dzīvojošās vielas savienojumi. Elektroķīmiķi domā par oglekli grafīta un citu gandrīz tīru oglekļa formu cietā stāvoklī. Ogleklis, kas ir saistīts gandrīz tikai ar citiem oglekļa atomiem, sasniedz augstu delokalizēto elektronu pakāpi, kas padara to par labu vadītāju. Anods, kas izgatavots no oglekļa vai ar to, ir arī labvēlīga izvēle elektroķīmijā citu iemeslu dēļ, tostarp netoksicitātes, zemu izmaksu un elastības dēļ.

Elektroniskie kondensatori, kas izgatavoti no oglekļa, uzglabā elektrisko lādiņu starp dubultiem oglekļa elektrodiem ar milzīgu virsmu. Viena dubultā slāņa puse darbojas kā oglekļa katods, bet otra – kā anods. Pozitīvi lādētie joni pieķeras katoda pusei, un negatīvi lādiņi pieķeras anoda pusei. Izlādējoties, elektroni tiek atbrīvoti ķēdē.

Agrīnie lietojumi

Pirmā dokumentētā oglekļa kā katoda materiāla izmantošana notika 1792. gadā, kad dažās eksperimentālās agrīnās baterijās grafīts veiksmīgi aizstāja metālus. Akumulatorā enerģija tiek uzkrāta reaģentu elektroķīmiskajā potenciālā un pēc vajadzības tiek atbrīvota. Lielākā daļa mūsdienu bateriju neizmanto oglekli, un tie, kas ietver šo elementu, parasti to dara ar tik daudziem citiem materiāliem un savienojumiem, ka anodus nevar pareizi saukt par “oglekli”.

Loma hlora ražošanā

Veidotu anodu, kas izgatavots no mākslīgā grafīta, bieži izmanto liela mēroga hlora, alumīnija un silīcija ražošanā. Kalcija karbīda, dzeltenā fosfora un dzelzs sakausējumu ražošanā izmanto oglekļa anodus. Šie procesi prasa enerģiju. Oglekļa anods tiek pakāpeniski patērēts procesā, zaudējot oglekli kā oglekļa dioksīdu. Anodi zaudē efektivitāti, jo tie pasliktinās, liekot izmantot metāla oksīda anodus mūsdienu hlora ražošanas rūpnīcās.

Degvielas šūnas

Kurināmā elementi ir vēl viena arvien izplatītāka vieta, kur atrast oglekļa bāzes anodus. Kurināmā elementos elektroenerģiju iegūst tieši no elektroķīmiskās reakcijas anoda — tā ir ļoti efektīva konversija, salīdzinot ar enerģiju, kas tiek iegūta netieši, sadedzinot kurināmo, lai darbinātu mehāniskās iekārtas. Degviela parasti ir ūdeņraža gāze, un oksidants ir skābeklis no gaisa. Anoda-elektrolītu maisījuma-katoda šūna ir ļoti plāna un ir iepakota blokos, kuros ir vairāk nekā 400 virknē izvietotu elementu. Oglekļa anods veic elektroķīmisku funkciju, bet arī kalpo kā veids, kā izkliedēt dārgus metāla katalizatorus.