Ugljična anoda je pozitivno nabijeni receptor na ugljičnoj elektrodi. Privlači elektrone, koji su nabijene molekularne čestice, i obično radi u sprezi s katodom, negativno nabijenim receptorom. Zajedno anoda i katoda nose električni ili elektrokemijski naboj, što je korisno u brojnim različitim primjenama. Neke od najranijih baterija koristile su ugljične elektrode, a anode su imale ključnu ulogu u pomaganju tim baterijama da zadrže i provedu energiju. U moderno doba elementi na bazi ugljika sve su češći u električnim kondenzatorima, kao iu industriji kada je u pitanju proizvodnja klora i nekih drugih kemikalija velikih razmjera. Ove vrste komponenti također su jako važne u radu gorivnih ćelija.
Općenito razumijevanje ugljičnih elektroda
U vrlo općenitom smislu, “elektroda” je svaka površina preko koje se prenose, zarobljavaju ili provode električni naboji. Elektrode su čvrsta površina na kojoj se odvijaju elektrokemijske reakcije tekućine. Anoda ima pozitivan naboj i privlači elektrone, dok katoda ima negativan naboj i privlači pozitivne ione. U većini slučajeva izmjena elektrona s katode na anodu stvara električnu struju.
Specifično ugljična elektroda je obično ona koja je izrađena od elementarnog ugljika ili koja koristi ugljik kao primarni vodič. Elektrokemijske reakcije uključuju prijenos elektrona s jednog mjesta na drugo i, ako su pravilno konfigurirane, kao rezultat daju korisne električne struje. Električna energija se može skladištiti, proizvoditi ili trošiti u reakcijama. Ugljik može poslužiti i kao anoda i kao katoda; međutim, u obje primjene, ugljik se obično kombinira s drugim elementima kako bi se povećala njegova prirodna vodljivost.
Elektrokemijska svojstva
U organskoj kemiji na ugljik se često misli u smislu njegovih molekula ugljikovodika, ključnih spojeva žive i prethodno žive tvari. Elektrokemičari razmišljaju o ugljiku u čvrstom stanju grafita i drugih gotovo čistih oblika ugljika. Ugljik koji je gotovo isključivo vezan za druge atome ugljika postiže visok stupanj delokaliziranih elektrona koji ga čine dobrim vodičem. Anoda izrađena od ili s ugljikom također je omiljeni izbor u elektrokemiji iz drugih razloga uključujući netoksičnost, nisku cijenu i fleksibilnost.
Elektronički kondenzatori izrađeni od ugljika pohranjuju električni naboj između dvostrukih ugljičnih elektroda ogromne površine. Jedna strana dvostrukog sloja djeluje kao ugljikova katoda, a druga kao anoda. Pozitivno nabijeni ioni se drže katodne strane, a negativni nabijeni anodne strane. Kada se isprazne, elektroni se oslobađaju u krug.
Rane upotrebe
Prva dokumentirana upotreba ugljika kao katodnog materijala dogodila se 1792. godine, kada je grafit uspješno zamijenio metale u nekim eksperimentalnim ranim baterijama. U bateriji se energija pohranjuje u elektrokemijskom potencijalu reaktanata i oslobađa prema potrebi. Većina modernih baterija ne oslanja se na ugljik, a one koje uključuju taj element obično to čine s toliko drugih materijala i spojeva da se anode ne bi mogle ispravno nazvati “ugljikom”.
Uloga u proizvodnji klora
Oblikovana anoda izrađena od umjetnog grafita često se koristi u velikoj proizvodnji klora, aluminija i silicija. Za proizvodnju kalcijevog karbida, žutog fosfora i ferolegura koriste se ugljične anode. Ovi procesi zahtijevaju energiju. Ugljična anoda se postupno troši u procesu, gubeći ugljik kao ugljični dioksid. Anode gube učinkovitost kako se razgrađuju, što dovodi do upotrebe anoda od metalnih oksida u modernim postrojenjima za proizvodnju klora.
Gorive ćelije
Gorivne ćelije su još jedno sve češće mjesto za pronalaženje anoda na bazi ugljika. U gorivnim ćelijama električna energija se crpi izravno iz anode elektrokemijske reakcije – vrlo učinkovita pretvorba u usporedbi s energijom koja se generira neizravno izgaranjem goriva za pogon mehaničke opreme. Gorivo je obično plin vodik, a oksidans kisik iz zraka. Anodna-elektrolit-mješavina-katoda ćelija je vrlo tanka i pakirana je u blokove od više od 400 ćelija raspoređenih u nizu. Ugljična anoda obavlja elektrokemijsku funkciju, ali također služi kao način za raspršivanje skupih metalnih katalizatora.