Электрод
-
Электроды и их роль
- Электроды используются для установления контакта с неметаллическими частями цепи.
- Электроды являются важными частями батарей, состоящих из различных материалов.
-
История электродов
- Электрофор был ранней версией электрода, используемой для изучения статического электричества.
- Первая электрохимическая батарея была изобретена Алессандро Вольтой.
- Первая практичная батарея была изобретена в 1839 году Джоном Фредериком Даниэлем.
-
Анод и катод
- Анод (-) — электрод, через который обычный ток поступает в неметаллический элемент.
- Катод (+) — электрод, через который электроны проходят в неметаллическую часть элемента.
-
Первичные и вторичные ячейки
- Первичные ячейки предназначены для однократного использования и выбрасываются.
- Вторичные ячейки можно подзаряжать, например, свинцово-кислотные аккумуляторы.
-
Теория переноса электронов Маркуса
- Теория Маркуса объясняет скорость переноса электронов.
- Перенос электронов должен соответствовать закону сохранения энергии и принципу Франка-Кондона.
-
Эффективность электродов
- Физические свойства электродов определяются материалом и топологией.
- Важные параметры: время саморазряда, напряжение разряда, производительность цикла.
-
Поверхностные эффекты
- Топология поверхности электрода влияет на эффективность работы.
- Контактное сопротивление может снизить эффективность.
-
Производство электродов
- Производство электродов для литий-ионных аккумуляторов включает несколько этапов.
-
Структура электрода
- Связующее вещество удерживает частицы активного электрода
- Проводящий агент улучшает проводимость электрода
- Электродный раствор наносится на проводник, который высушивается и прессуется
-
Важность внутренней структуры электрода
- Группирование активного материала и проводящего агента
- Равномерное распределение токопроводящего вещества
- Прилегание электрода к токоприемникам
- Плотность активного материала
-
Электроды в литий-ионных батареях
- Литий-ионные аккумуляторы используют ионы лития в электролите
- Литиевые электроды были исследованы в 1913 году
- Литий-ионные аккумуляторы популярны благодаря высокой производительности
-
Катоды
- Состоят из интеркалированного литиевого соединения
- Кобальт и марганец используются в качестве элементов
- Кобальт имеет высокую удельную теплоемкость, но высокую стоимость
- Марганец имеет низкую стоимость, но растворяется в электролите
-
Аноды
- Изготавливаются из углерода (графит) или шпинелидного титаната лития
- Графитовые аноды имеют низкую цену, но подвержены дендритам
- Li4Ti5O12 стабилен, но имеет низкую производительность
- Кремниевые аноды обладают высокой емкостью, но расширяются при литиировании
- Металлический литий имеет высокую удельную емкость, но нестабилен
-
Механические свойства электродов
- Механические удары могут разрушить электрод или контейнер
- Изменение объема электродов при литиировании вызывает напряжения
- Наноиндентирование используется для анализа механического поведения
- Напряжения влияют на электрохимические реакции и диффузию
-
Другие аноды и катоды
- В вакуумных лампах и полупроводниках анод является положительным, катод — отрицательным
- В трехэлектродном элементе противоэлектрод используется для подключения к электролиту
-
Противоэлектрод
- Изготавливается из инертного материала для предотвращения растворения
- Примеры материалов: благородный металл, графит
-
Сварочные электроды
- Используются для проведения тока через заготовку
- Могут быть расходуемыми или неплавящимися
- В системах с постоянным током могут быть катодом или анодом
- В системах с переменным током не обозначаются как анод или катод
-
Электроды переменного тока
- Соединяют электрическую схему с объектом, на который воздействует ток
- Направление потока электронов периодически меняется
-
Химически модифицированные электроды
- Поверхность электрода химически модифицирована для изменения свойств
- Используются в научных исследованиях
-
Применение электродов
- Пропускание тока через неметаллические предметы
- Изменение электропроводности в различных целях
- Примеры: топливные элементы, медицинские цели, электрофизиологические методы, гальванические покрытия, дуговая сварка, катодная защита, заземление, химический анализ, наноэлектрохимия, электролиз, мембранный электрод, электрошокер
-
Дополнительные термины
- Электрод сравнения
- Газодиффузионный электрод
- Целлюлозный электрод
- Анион против катиона
- Электрон против электронной дырки
- Электронный микроскоп
- Уравнение Тафеля
- Горячий катод
- Холодный катод
- Предел подачи обратимого заряда