Elektrodi on johdin, joka siirtää sähkövirran väliaineesta toiseen, yleensä virtalähteestä laitteeseen tai materiaaliin. Se voi olla monessa eri muodossa, mukaan lukien lanka, levy tai sauva, ja se on useimmiten valmistettu metallista, kuten kuparista, hopeasta, lyijystä tai sinkistä, mutta se voi olla myös ei-metallista ainetta joka johtaa sähköä, kuten grafiittia. Elektrodeja käytetään hitsauksessa, galvanoinnissa, paristoissa, lääkkeissä ja teollisuudessa elektrolyysiprosesseissa.
Anodit ja katodit
Tasavirran (DC) tapauksessa elektrodit tulevat pareittain, ja ne tunnetaan anodeina ja katodeina. Akun tai muun tasavirtalähteen osalta katodi määritellään elektrodiksi, josta virta lähtee, ja anodi pisteeksi, josta se palaa. Syistä, jotka ovat pikemminkin historiallisia kuin tieteellisiä syitä, piirissä oleva sähkö on tavanomaisesti kuvattu kulkeutuvan positiivisesta negatiiviseksi, joten se nähdään positiivisen varauksen virtauksena katodista ulos anodiin. Sähkövirta koostuu kuitenkin pienistä negatiivisesti varautuneista hiukkasista, joita kutsutaan elektroneiksi, joten tämä virtaus on itse asiassa vastakkaiseen suuntaan. Tässä yhteydessä on luultavasti parempi ajatella pelkästään positiivisia ja negatiivisia päätteitä.
Akun tai sähkökemiallisen kennon sisällä elektrodit on valmistettu eri materiaaleista, joista toinen luovuttaa elektronit helpommin kuin toinen. Ne pidetään kosketuksessa johtavan kemikaalin kanssa, joka voi jakautua positiivisesti ja negatiivisesti varautuneisiin ioneihin. Kun piiri on valmis, toisin sanoen, kun akku on kytketty sähkölaitteeseen, kuten hehkulamppuun, kennon sisällä tapahtuu redoksireaktio. Tämä tarkoittaa, että johtava kemikaali saa elektroneja yhdestä elektrodista – prosessista, joka tunnetaan pelkistyksenä – ja menettää ne toisesta – prosessista, jota kutsutaan hapetukseksi -, jolloin elektronit virtaavat virtana piirin ympäri. Pelkistys tapahtuu aina katodilla ja hapettuminen anodilla.
Ladattavassa akussa tämä prosessi on päinvastainen, kun akku latautuu. Toisesta lähteestä tulevaa sähkövirtaa käytetään redox-reaktion tehostamiseen vastakkaiseen suuntaan, mikä tarkoittaa, että anodista tulee katodi ja päinvastoin. Edelleen on niin, että katodissa tapahtuu pelkistymistä ja anodissa hapettumista, mutta virran suunta on päinvastainen, joten mikä elektrodi on negatiivinen ja mikä positiivinen, riippuu siitä, syöttääkö akku virtaa vai latautuuko se uudelleen. Joskus solut yhdistetään toisiinsa elektrodilla, joka toimii anodina toiselle kennolle ja katodille toiselle. Tätä kutsutaan bipolaariseksi elektrodiksi.
Vaihtovirran tapauksessa anodin ja katodin välillä ei ole eroa. Tämä johtuu siitä, että virta kääntää jatkuvasti suuntaa monta kertaa sekunnissa. Tämän tyyppistä virtaa käyttävä elektrodi vaihtuisi siksi jatkuvasti negatiivisen ja positiivisen välillä.
elektrolyysin
Tässä prosessissa tasavirta virtaa johtavan nestemäisen väliaineen läpi katodista anodiin, mikä mahdollistaa pelkistys- ja hapetusprosessien tapahtuvan. Tämä on erittäin hyödyllinen tapa tuottaa tiettyjä kemikaaleja ja erityisesti eristää kemialliset alkuaineet niiden yhdisteistä. Joidenkin erittäin reaktiivisten elementtien tapauksessa se on ainoa käytännöllinen tapa tehdä niin.
Tietyn alkuaineen saamiseksi kyseisen elementin ioninen yhdiste voidaan elektrolysoida. Esimerkki on natriummetallin valmistus sulasuolasta tai natriumkloridista. Kun virta virtaa, positiivisesti varautuneet natriumionit vetävät puoleensa negatiiviseen elektrodiin tai katodiin, missä ne saavat elektroneja muodostaen natriummetallia. Negatiivisesti varautuneet kloridi-ionit vetävät anodin puoleen, jolloin ne menettävät elektroneja muodostaen kloorikaasua, joka myös kerätään sivutuotteena.
Galvanointi
Tässä prosessissa metalliesine päällystetään toisella metallilla sen korroosionkestävyyden tai ulkonäön parantamiseksi. Päällystettävä esine muodostaa katodin elektrolyysiprosessissa upottamalla sen liuokseen, joka muodostaa pinnoitteen muodostavan metallin liukoisen yhdisteen, ja anodi on myös valmistettu tästä metallista. Kun virta virtaa, positiiviset metalli -ionit liuoksesta vetävät katodiin ja muodostavat sen päälle kerrostuman. Kun liuoksen ionit kuluvat loppuun, ne korvataan anodeista muodostuvilla ioneilla. Joskus anodi on valmistettu eri materiaalista, jota ei käytetä; tässä menetelmässä metalli -ionit on korvattava lisäämällä liuosta.
Muuhunkin
Elektrodeja käytetään kaarihitsauksessa, tekniikassa kahden metallikappaleen liittämiseksi suurella sähkövirralla. Kuluva elektrodi sulaa ja muodostaa metallien yhdistävän materiaalin. Kulutustarvikkeet on valmistettu materiaalista, jolla on erittäin korkea sulamispiste, kuten volframista, ja se yksinkertaisesti tuottaa lämpöä toisen materiaalin sulamiseksi, joka muodostaa liitoksen. Lääketieteessä elektrodeja voidaan käyttää hätätilanteessa sähkövirran syöttämiseksi sydämeen defibrillaatiotekniikalla. Niitä käytetään myös rekisteröimään aivojen sähköistä toimintaa elektroenkefalogrammin (EEG) aikana.