En kolanod är en positivt laddad receptor på en kolelektrod. Det attraherar elektroner, som är laddade molekylära partiklar, och fungerar vanligtvis i samband med en katod, en negativt laddad receptor. Tillsammans bär anoden och katoden en elektrisk eller elektrokemisk laddning, vilket är användbart i ett antal olika tillämpningar. Några av de tidigaste batterierna använde kolelektroder, och anoder spelade en avgörande roll för att hjälpa dessa batterier att behålla och leda energi. I modern tid är kolbaserade grundämnen vanligare i elektriska kondensatorer, såväl som i industrin när det kommer till storskalig produktion av klor och vissa andra kemikalier. Dessa typer av komponenter är också mycket viktiga för bränslecellsfunktion.
Förstå kolelektroder i allmänhet
I en mycket allmän mening är en ”elektrod” vilken yta som helst över vilken elektriska laddningar bärs, fångas eller leds. Elektroder är den fasta yta där flytande elektrokemiska reaktioner inträffar. Anoden har en positiv laddning och attraherar elektroner, medan katoden har en negativ laddning och attraherar de positiva jonerna. I de flesta fall är det utbytet av elektroner från katoden till anoden som skapar en elektrisk ström.
En specifikt kolelektrod är vanligtvis en som är gjord av elementärt kol, eller som använder kol som sin primära ledare. Elektrokemiska reaktioner involverar transport av elektroner från en plats till en annan och, om de konfigureras på lämpligt sätt, ger användbara elektriska strömmar som ett resultat. Elektricitet kan lagras, produceras eller förbrukas i reaktionerna. Kol kan fungera som både anod eller katod; Men i båda tillämpningarna kombineras kol vanligtvis med andra element för att öka dess naturliga ledningsförmåga.
Elektrokemiska egenskaper
I organisk kemi tänker man ofta på kol i termer av dess kolvätemolekyler, nyckelföreningarna i levande och tidigare levande materia. Elektrokemister tänker på kol i dess fasta tillstånd av grafit och andra nästan rena kolformer. Kol som nästan uteslutande är bundet till andra kolatomer uppnår en hög grad av delokaliserade elektroner som gör det till en bra ledare. En anod gjord av eller med kol är också ett föredraget val inom elektrokemi av andra skäl, inklusive icke-toxicitet, låg kostnad och flexibilitet.
Elektroniska kondensatorer gjorda av kol lagrar elektrisk laddning mellan dubbla kolelektroder med enorm yta. En sida av dubbelskiktet fungerar som en kolkatod och den andra som en anod. De positivt laddade jonerna klamrar sig fast vid den katodiska sidan och negativa laddningar klamrar sig fast vid den anodiska sidan. Vid urladdning frigörs elektroner till kretsen.
Tidiga användningar
Den första dokumenterade användningen av kol som katodiskt material inträffade 1792, när grafit framgångsrikt ersatte metaller i några experimentella tidiga batterier. I ett batteri lagras energi i reaktanternas elektrokemiska potential och frigörs vid behov. De flesta moderna batterier förlitar sig inte på kol, och de som innehåller elementet gör det vanligtvis med så många andra material och föreningar att anoderna inte riktigt kunde kallas ”kol”.
Roll i klorproduktion
En gjuten anod gjord av konstgjord grafit används ofta i storskalig produktion av klor, aluminium och kisel. Tillverkning av kalciumkarbid, gul fosfor och ferrolegeringar använder kolanoder. Dessa processer kräver energi. Kolanoden förbrukas gradvis i processen och förlorar kol som koldioxid. Anoderna förlorar effektivitet när de försämras, vilket leder till användning av metalloxidanoder i moderna klortillverkningsanläggningar.
Bränsleceller
Bränsleceller är en annan allt vanligare plats för att hitta kolbaserade anoder. I bränsleceller hämtas elektricitet direkt från anoden för den elektrokemiska reaktionen – en mycket effektiv omvandling jämfört med energi som genereras indirekt genom förbränning av bränslen för att driva mekanisk utrustning. Bränslet är vanligtvis vätgas, och oxidationsmedlet är syre från luften. Anod-elektrolytblandning-katodcellen är mycket tunn och är förpackad i block med mer än 400 celler arrangerade i serie. Kolanoden har en elektrokemisk funktion, men fungerar också som ett sätt att sprida dyra metalliska katalysatorer.