Ogljikova anoda je pozitivno nabit receptor na ogljikovi elektrodi. Pritegne elektrone, ki so nabiti molekularni delci, in običajno deluje v povezavi s katodo, negativno nabitim receptorjem. Anoda in katoda skupaj nosita električni ali elektrokemični naboj, ki je uporaben v številnih različnih aplikacijah. Nekatere najzgodnejše baterije so uporabljale ogljikove elektrode, anode pa so imele ključno vlogo pri tem, da so te baterije zadrževale in prevajale energijo. V sodobnem času so elementi na osnovi ogljika pogostejši v električnih kondenzatorjih, pa tudi v industriji, ko gre za obsežno proizvodnjo klora in nekaterih drugih kemikalij. Te vrste komponent so prav tako zelo pomembne pri delovanju gorivnih celic.
Razumevanje ogljikovih elektrod na splošno
V zelo splošnem smislu je “elektroda” katera koli površina, po kateri se električni naboji prenašajo, ujamejo ali vodijo. Elektrode so trdna površina, na kateri potekajo tekoče elektrokemične reakcije. Anoda ima pozitiven naboj in privlači elektrone, katoda pa negativni naboj in privlači pozitivne ione. V večini primerov gre za izmenjavo elektronov s katode na anodo, ki vzpostavi električni tok.
Posebno ogljikova elektroda je običajno tista, ki je izdelana iz elementarnega ogljika ali ki uporablja ogljik kot primarni prevodnik. Elektrokemijske reakcije vključujejo transport elektronov z enega mesta na drugega in, če so ustrezno konfigurirane, posledično povzročijo koristne električne tokove. Električna energija se lahko shranjuje, proizvaja ali porablja v reakcijah. Ogljik lahko služi kot anoda ali katoda; vendar se v obeh aplikacijah ogljik običajno kombinira z drugimi elementi za povečanje njegove naravne prevodnosti.
Elektrokemijske lastnosti
V organski kemiji se ogljik pogosto obravnava v smislu njegovih molekul ogljikovodikov, ključnih spojin žive in prej žive snovi. Elektrokemiki razmišljajo o ogljiku v trdnem stanju grafita in drugih skoraj čistih oblikah ogljika. Ogljik, ki je vezan skoraj izključno na druge ogljikove atome, doseže visoko stopnjo delokaliziranih elektronov, zaradi česar je dober prevodnik. Anoda, izdelana iz ali z ogljikom, je tudi priljubljena izbira v elektrokemiji zaradi drugih razlogov, vključno z netoksičnostjo, nizkimi stroški in fleksibilnostjo.
Elektronski kondenzatorji iz ogljika hranijo električni naboj med dvojnimi ogljikovimi elektrodami ogromne površine. Ena stran dvojne plasti deluje kot ogljikova katoda, druga pa kot anoda. Pozitivno nabiti ioni se držijo katodne strani, negativni naboji pa anodne strani. Ko se izpraznijo, se elektroni sprostijo v vezje.
Zgodnje uporabe
Prva dokumentirana uporaba ogljika kot katodnega materiala se je zgodila leta 1792, ko je grafit uspešno nadomestil kovine v nekaterih eksperimentalnih zgodnjih baterijah. V bateriji se energija shrani v elektrokemičnem potencialu reaktantov in se po potrebi sprosti. Večina sodobnih baterij se ne zanaša na ogljik, tiste, ki vključujejo element, pa običajno to počnejo s toliko drugimi materiali in spojinami, da anode ne bi mogli pravilno imenovati »ogljik«.
Vloga pri proizvodnji klora
Oblikovana anoda iz umetnega grafita se pogosto uporablja pri obsežni proizvodnji klora, aluminija in silicija. Pri proizvodnji kalcijevega karbida, rumenega fosforja in ferozlitin se uporabljajo ogljikove anode. Ti procesi zahtevajo energijo. Ogljikova anoda se v procesu postopoma porablja in izgublja ogljik kot ogljikov dioksid. Anode izgubijo učinkovitost, ko se razgradijo, zaradi česar se v sodobnih obratih za proizvodnjo klora uporabljajo anode iz kovinskih oksidov.
Gorivne celice
Gorivne celice so še eno vse pogostejše mesto za iskanje anod na osnovi ogljika. V gorivnih celicah se električna energija črpa neposredno iz anode elektrokemične reakcije – zelo učinkovita pretvorba v primerjavi z energijo, ki nastane posredno z zgorevanjem goriv za pogon mehanske opreme. Gorivo je običajno vodikov plin, oksidant pa kisik iz zraka. Celica z mešanico anode in elektrolita s katodo je zelo tanka in je pakirana v bloke z več kot 400 celicami, razporejenimi v serijo. Ogljikova anoda opravlja elektrokemično funkcijo, služi pa tudi kot način za razpršitev dragih kovinskih katalizatorjev.