Ηλεκτρόδιο

Ηλεκτρόδια που χρησιμοποιούνται στην ηλεκτροσυγκόλληση τόξου

Ένα ηλεκτρόδιο (electrode) είναι ένας αγωγός που χρησιμοποιείται ως επαφή με μη μεταλλικά τμήματα ενός κυκλώματος (π.χ. ενός ημιαγωγού, ενός ηλεκτρολύτη ή ενός κενού). Η λέξη επινοήθηκε από τον William Whewell κατόπιν του αιτήματος του Μάικλ Φαραντέι από τις ελληνικές λέξεις ήλεκτρον και οδός.

Η άνοδος και η κάθοδος στα ηλεκτροχημικά κελιά

Ένα ηλεκτρόδιο σε ένα ηλεκτροχημικό στοιχείο (electrochemical cell) αναφέρεται είτε ως άνοδος είτε ως κάθοδος. Η άνοδος ορίζεται ως το ηλεκτρόδιο στο οποίο τα ηλεκτρόνια αφήνουν το στοιχείο και λαμβάνει χώρα οξείδωση και η κάθοδος ως το ηλεκτρόδιο στο οποίο τα ηλεκτρόνια εισέρχονται στο στοιχείο και λαμβάνει χώρα αναγωγή. Κάθε ηλεκτρόδιο μπορεί να γίνει είτε άνοδος είτε κάθοδος, ανάλογα με την φορά του ρεύματος μέσα από το κελί. Ένα διπολικό ηλεκτρόδιο είναι ένα ηλεκτρόδιο που λειτουργεί ως η άνοδος ενός κελιού και η κάθοδος ενός άλλου κελιού.

Πρωτεύον στοιχείο

Ένα πρωτεύον στοιχείο είναι ένας ειδικός τύπος ηλεκτροχημικού στοιχείου στο οποίο η αντίδραση δεν μπορεί να αντιστραφεί και οι ταυτότητες της ανόδου και της καθόδου συνεπώς είναι καθορισμένες. Η άνοδος είναι πάντα το αρνητικό ηλεκτρόδιο. Το στοιχείο μπορεί να αποφορτιστεί, αλλά όχι να επαναφορτιστεί.

Δευτερεύον στοιχείο

Ένα δευτερεύον στοιχείο, παραδείγματος χάρη μια επαναφορτιζόμενη μπαταρία, είναι ένα στοιχείο στο οποίο οι χημικές αντιδράσεις είναι αντιστρεπτές. Όταν φορτίζεται το στοιχείο, η άνοδος γίνεται το θετικό ηλεκτρόδιο (+) και η κάθοδος το αρνητικό (-) ηλεκτρόδιο. Αυτό συμβαίνει επίσης σε ένα ηλεκτρολυτικό στοιχείο. Όταν το στοιχείο αποφορτίζεται, συμπεριφέρεται ως ένα πρωτεύον στοιχείο, με την άνοδο ως το αρνητικό ηλεκτρόδιο και την κάθοδο ως το θετικό ηλεκτρόδιο.

Άλλες άνοδοι και κάθοδοι

Σε μία λυχνία κενού (vacuum tube) ή έναν ημιαγωγό που έχει πολικότητα (δίοδοι, ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές (electrolytic capacitors) η άνοδος είναι το θετικό (+) ηλεκτρόδιο και η κάθοδος το αρνητικό (−). Τα ηλεκτρόνια εισέρχονται στη συσκευή μέσα από την κάθοδο και εξέρχονται από τη συσκευή μέσω της ανόδου. Πολλές συσκευές έχουν άλλα ηλεκτρόδια που ελέγχουν τη λειτουργία, π.χ., βάση, πύλη, πλέγμα ελέγχου.

Ένα στοιχείο τριών ηλεκτροδίων (three-electrode cell), ένα αντιηλεκτρόδιο (counter electrode), που λέγεται επίσης βοηθητικό ηλεκτρόδιο (auxiliary electrode), χρησιμοποιείται μόνο για να κάνει μια σύνδεση με τον ηλεκτρολύτη έτσι ώστε να μπορεί να εφαρμοστεί ρεύμα στο ηλεκτρόδιο εργασίας. Το βοηθητικό ηλεκτρόδιο παρασκευάζεται συνήθως από αδρανές υλικό, όπως ευγενές μέταλλο ή γραφίτη, για να αποφευχθεί η διάλυσή του.

Ηλεκτρόδια συγκόλλησης

Στην ηλεκτροσυγκόλληση τόξου ένα ηλεκτρόδιο χρησιμοποιείται για να οδηγήσει το ρεύμα μέσα από αντικείμενο εργασίας για να συγχωνευτούν δυο κομμάτια μαζί. Ανάλογα με τη διεργασία, το ηλεκτρόδιο είναι είτε αναλώσιμο, όπως στην περίπτωση της συγκόλλησης τόξου μεταλλικού ηλεκτροδίου με προστατευτικό αέριο (gas metal arc welding) ή συγκόλληση τόξου προστατευμένου μετάλλου (shielded metal arc welding), ή μη αναλώσιμο, όπως στην περίπτωση συγκόλλησης τόξου με αέριο βολφράμιο (gas tungsten arc welding). Για συνεχές σύστημα ρεύματος η ράβδος συγκόλλησης μπορεί να είναι κάθοδος για τη συγκόλληση τύπου πλήρωσης (filling type weld) ή άνοδος για άλλες διεργασίες συγκόλλησης. Για μια συγκόλληση τόξου με εναλλασσόμενο ρεύμα το ηλεκτρόδιο συγκόλλησης δεν μπορεί να θεωρηθεί άνοδος ή κάθοδος.

Ηλεκτρόδια εναλλασσομένου ρεύματος

Για ηλεκτρικά συστήματα που χρησιμοποιούν εναλλασσόμενο ρεύμα τα ηλεκτρόδια είναι οι συνδέσεις από το κύκλωμα στο αντικείμενο που θα ενεργοποιηθούν από το ηλεκτρικό ρεύμα, αλλά δεν είναι σχεδιασμένα ως άνοδος ή κάθοδος επειδή η φορά ροής των ηλεκτρονίων αλλάζει περιοδικά, συνήθως κατά πολλές φορές το δευτερόλεπτο.

Χρήσεις

Τα ηλεκτρόδια χρησιμοποιούνται για να δώσουν ρεύμα μέσα από μη μεταλλικά αντικείμενα για να τα αλλάξουν κατά πολλούς τρόπους και να μετρήσουν την αγωγιμότητα για πολλούς σκοπούς. Τα παραδείγματα περιλαμβάνουν ηλεκτρόδια για:

• κυψέλες καυσίμου
• ιατρικούς σκοπούς, όπως ηλεκτροεγκεφαλογραφία (Electroencephalography ή EEG), ηλεκτροκαρδιογράφημα (Electrocardiogram ή ECG), ηλεκτροσπασμοθεραπεία (Electroconvulsive therapy ή ECT), απινιδωτής (defibrillator)
• τεχνικές ηλεκτροφυσιολογίας στη βιοϊατρική έρευνα
• εκτέλεση με ηλεκτρική καρέκλα
• ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση (electroplating)
• ηλεκτροσυγκόλληση τόξου
• καθοδική προστασία (cathodic protection)
• γείωση
• χημική ανάλυση χρησιμοποιώντας ηλεκτροχημικές μεθόδους, καθώς και
• αδρανή ηλεκτρόδια για ηλεκτρόλυση (παρασκευασμένα από λευκόχρυσο)
• μονάδα ηλεκτροδίων μεμβράνης (Membrane electrode assembly)

Χημικά τροποποιημένα ηλεκτρόδια

Χημικά τροποποιημένα ηλεκτρόδια (Chemically modified electrodes) είναι ηλεκτρόδια που έχουν τις επιφάνειες τους χημικά τροποποιημένες για να αλλάξουν τις φυσικές, χημικές, ηλεκτροχημικές, οπτικές και μεταφορικές ιδιότητες του ηλεκτροδίου. Αυτά τα ηλεκτρόδια χρησιμοποιούνται για προχωρημένους σκοπούς στην έρευνα.