Un ánodo de carbono es un receptor cargado positivamente en un electrodo de carbono. Atrae electrones, que son partículas moleculares cargadas, y generalmente funciona junto con un cátodo, un receptor con carga negativa. Juntos, el ánodo y el cátodo llevan una carga eléctrica o electroquímica, que es útil en varias aplicaciones diferentes. Algunas de las primeras baterías usaban electrodos de carbono, y los ánodos desempeñaron un papel crucial para ayudar a que esas baterías retengan y conduzcan energía. En los tiempos modernos, los elementos a base de carbono son más comunes en los condensadores eléctricos, así como en la industria cuando se trata de la producción a gran escala de cloro y algunos otros productos químicos. Este tipo de componentes también son realmente importantes para el funcionamiento de las pilas de combustible.
Comprensión de los electrodos de carbono en general
En un sentido muy general, un «electrodo» es cualquier superficie sobre la cual se transportan, atrapan o conducen cargas eléctricas. Los electrodos son la superficie sólida en la que se producen las reacciones electroquímicas de los fluidos. El ánodo tiene carga positiva y atrae electrones, mientras que el cátodo tiene carga negativa y atrae iones positivos. En la mayoría de los casos, es el intercambio de electrones del cátodo al ánodo lo que establece una corriente eléctrica.
Un electrodo de carbono específico suele ser uno que está hecho de carbono elemental o que utiliza carbono como conductor principal. Las reacciones electroquímicas implican el transporte de electrones de un lugar a otro y, si se configuran adecuadamente, producen corrientes eléctricas útiles como resultado. La electricidad puede almacenarse, producirse o consumirse en las reacciones. El carbono puede servir como ánodo o cátodo; sin embargo, en ambas aplicaciones, el carbono se suele combinar con otros elementos para aumentar su conductividad natural.
Propiedades electroquímicas
En química orgánica, a menudo se piensa en el carbono en términos de sus moléculas de hidrocarburos, los compuestos clave de la materia viva y previamente viva. Los electroquímicos piensan en el carbono en sus estados sólidos de grafito y otras formas de carbono casi puro. El carbono que está unido casi exclusivamente a otros átomos de carbono logra un alto grado de electrones deslocalizados que lo convierten en un buen conductor. Un ánodo hecho de carbono o con carbono también es una opción preferida en electroquímica por otras razones, incluida la no toxicidad, el bajo costo y la flexibilidad.
Los condensadores electrónicos hechos de carbono almacenan carga eléctrica entre electrodos de doble carbono de inmensa superficie. Un lado de la doble capa actúa como cátodo de carbono y el otro como ánodo. Los iones cargados positivamente se adhieren al lado catódico y las cargas negativas se adhieren al lado anódico. Cuando se descargan, los electrones se liberan al circuito.
Usos tempranos
El primer uso documentado de carbono como material catódico ocurrió en 1792, cuando el grafito reemplazó con éxito a los metales en algunas de las primeras baterías experimentales. En una batería, la energía se almacena en el potencial electroquímico de los reactivos y se libera según sea necesario. La mayoría de las baterías modernas no dependen del carbono, y las que incluyen el elemento suelen hacerlo con tantos otros materiales y compuestos que los ánodos no podrían llamarse correctamente «carbono».
Papel en la producción de cloro
Un ánodo moldeado hecho de grafito artificial se utiliza a menudo en la producción a gran escala de cloro, aluminio y silicio. La producción de carburo de calcio, fósforo amarillo y ferroaleaciones utiliza ánodos de carbono. Estos procesos requieren energía. El ánodo de carbono se consume gradualmente en el proceso, perdiendo carbono como dióxido de carbono. Los ánodos pierden eficacia a medida que se degradan, lo que provoca el uso de ánodos de óxido metálico en las plantas modernas de fabricación de cloro.
Celdas de combustible
Las pilas de combustible son otro lugar cada vez más común para encontrar ánodos a base de carbono. En las pilas de combustible, la electricidad se extrae directamente del ánodo de la reacción electroquímica, una conversión muy eficiente en comparación con la energía generada indirectamente a través de la combustión de combustibles para impulsar equipos mecánicos. El combustible suele ser gas hidrógeno y el oxidante es oxígeno del aire. La celda ánodo-electrolito-cátodo mezcla es muy delgada y está empaquetada en bloques de más de 400 celdas dispuestas en serie. El ánodo de carbono realiza una función electroquímica, pero también sirve como una forma de dispersar catalizadores metálicos costosos.