Hiilianodi on positiivisesti varautunut reseptori hiilielektrodissa. Se houkuttelee elektroneja, jotka ovat varautuneita molekyylihiukkasia, ja toimii yleensä yhdessä katodin, negatiivisesti varautuneen reseptorin kanssa. Yhdessä anodissa ja katodissa on sähköinen tai sähkökemiallinen varaus, mikä on hyödyllistä useissa eri sovelluksissa. Joissakin varhaisimmista paristoista käytettiin hiilielektrodeja ja anodeilla oli ratkaiseva rooli näiden paristojen energian säilyttämisessä ja johtamisessa. Nykyaikana hiilipohjaiset elementit ovat yleisempiä sähkökondensaattoreissa sekä teollisuudessa kloorin ja tiettyjen muiden kemikaalien laajamittaisessa tuotannossa. Tällaiset komponentit ovat myös todella tärkeitä polttokennojen toiminnassa.
Hiilielektrodien ymmärtäminen yleensä
Hyvin yleisessä mielessä “elektrodi” on mikä tahansa pinta, jolla sähkövarauksia kuljetetaan, loukataan tai johdetaan. Elektrodit ovat kiinteä pinta, jolla nesteen sähkökemialliset reaktiot tapahtuvat. Anodilla on positiivinen varaus ja se houkuttelee elektroneja, kun taas katodilla on negatiivinen varaus ja se houkuttelee positiivisia ioneja. Useimmissa tapauksissa elektronien vaihto katodista anodiin muodostaa sähkövirran.
Erityisesti hiilielektrodi on yleensä sellainen, joka on valmistettu alkeishiilestä tai joka käyttää hiiltä ensisijaisena johtimena. Sähkökemialliset reaktiot sisältävät elektronien siirtämisen paikasta toiseen, ja jos ne on konfiguroitu asianmukaisesti, ne tuottavat hyödyllisiä sähkövirtoja. Sähköä voidaan varastoida, tuottaa tai kuluttaa reaktioissa. Hiili voi toimia sekä anodina että katodina; Kuitenkin molemmissa sovelluksissa hiili yhdistetään yleensä muiden elementtien kanssa sen luonnollisen johtavuuden lisäämiseksi.
Sähkökemialliset ominaisuudet
Orgaanisessa kemiassa hiiltä ajatellaan usein sen hiilivetymolekyylien, elävän ja aiemmin elävän aineen keskeisten yhdisteiden perusteella. Sähkökemikot ajattelevat hiiltä sen grafiitin ja muiden lähes puhtaiden hiilen kiinteiden olojen muodossa. Hiili, joka on sitoutunut lähes yksinomaan muihin hiiliatomeihin, saavuttaa suuren delokalisoidun elektronin, joka tekee siitä hyvän johtimen. Anodi, joka on valmistettu hiilestä tai sen kanssa, on myös suosituin vaihtoehto sähkökemiassa muista syistä, kuten myrkyttömyydestä, alhaisista kustannuksista ja joustavuudesta.
Hiilistä valmistetut elektroniset kondensaattorit varastoivat sähkövarausta valtavan pinta -alan kaksoishiilielektrodien väliin. Kaksoiskerroksen toinen puoli toimii hiilikatodina ja toinen anodina. Positiivisesti varautuneet ionit tarttuvat katodipuoleen ja negatiivisesti varautuneet anodipuoleen. Purkautuessaan elektronit vapautuvat piiriin.
Varhaiset käyttötavat
Ensimmäinen dokumentoitu hiilen käyttö katodimateriaalina tapahtui vuonna 1792, kun grafiitti korvasi onnistuneesti metallit joissakin kokeellisissa varhaisissa paristoissa. Akussa energiaa varastoidaan reaktanttien sähkökemialliseen potentiaaliin ja vapautetaan tarpeen mukaan. Useimmat nykyaikaiset paristot eivät ole riippuvaisia hiilestä, ja ne, jotka sisältävät elementin, tyypillisesti tekevät niin niin monien muiden materiaalien ja yhdisteiden kanssa, ettei anodeja voida oikein kutsua ”hiileksi”.
Rooli kloorintuotannossa
Keinotekoisesta grafiitista valmistettua valettua anodia käytetään usein kloorin, alumiinin ja piin laajamittaisessa tuotannossa. Kalsiumkarbidin, keltaisen fosforin ja rautaseosten valmistuksessa käytetään hiilianodeja. Nämä prosessit vaativat energiaa. Hiilianodi kulutetaan vähitellen prosessissa ja häviää hiiltä hiilidioksidina. Anodit menettävät tehokkuuttaan, kun ne hajoavat, mikä saa aikaan metallioksidianodien käytön nykyaikaisissa kloorinvalmistuslaitoksissa.
Polttokennot
Polttokennot ovat toinen yhä yleisempi paikka löytää hiilipohjaisia anodeja. Polttokennoissa sähköä vedetään suoraan sähkökemiallisen reaktion anodista – tämä on erittäin tehokas muunnos verrattuna energiaan, joka syntyy välillisesti polttoaineiden polttamisesta mekaanisten laitteiden ajamiseen. Polttoaine on yleensä vetykaasua ja hapetin on happea ilmasta. Anodi-elektrolyytti-katodikenno on erittäin ohut ja se on pakattu yli 400 kennon lohkoihin, jotka on järjestetty sarjaan. Hiilianodi suorittaa sähkökemiallisen tehtävän, mutta toimii myös keinona hajottaa kalliita metallikatalyyttejä.