الکترود گرافیت میله ای

الکترود گرافیت میله ای به دلیل رسانایی الکتریکی عالی، پایداری شیمیایی و مقرون به صرفه بودن، به طور گسترده در الکتروشیمی به عنوان الکترود استفاده می شوند. آنها معمولاً در الکترولیز، حسگرهای الکتروشیمیایی، باتری ها و سایر کاربردهایی که به مواد رسانا و بی اثر نیاز دارند استفاده می شوند.

خواص الکترود گرافیت میله ای

• رسانایی الکتریکی

گرافیت رسانای خوبی برای الکتریسیته است به دلیل وجود الکترون های delocalized در ساختار لایه ای آن.

اگرچه به اندازه فلزاتی مانند مس یا نقره رسانا نیست، اما برای کاربردهای الکتروشیمیایی کافی است.

پایداری شیمیایی

گرافیت در بسیاری از محیط های اسیدی و بازی بی اثر است و برای طیف وسیعی از الکترولیت ها مناسب است.

در برابر خوردگی بهتر از فلزات مقاومت می کند، به ویژه در شرایط اکسیداتیو یا دمای بالا.

تخلخل و سطح

الکترودهای گرافیت اغلب دارای ساختار متخلخلی هستند که باعث افزایش سطح آنها و بهبود واکنش های الکتروشیمیایی می شود.

گرافیت با خلوص بالا تخلخل کمتری دارد و واکنش‌های جانبی ناخواسته را کاهش می‌دهد.

مقاومت حرارتی

گرافیت می تواند دماهای بالا را تحمل کند و برای واکنش های الکتروشیمیایی در دمای بالا ایده آل است.

کاربرد میله های گرافیت در الکتروشیمی

• به عنوان الکترود کمکی 

یکی از کاربردهای زیاد این الکترود در سل های سه الکترودی الکتروشیمیایی می باشد که در شکل زیر نشان داده شده است. در این سل ها از میله گرافیت به عنوان الکترود کمکی یا همان انتقال دهنده جریان استفاده می شود.

به علت قیمت بالای الکترودهای کمکی دیگر همچون پلاتین و طلا، میله گرافیت بهترین گزینه برای تست های سه الکترودی ابرخازن؛ باتری، سنسور، الکتروسنتز و تست های الکتروکاتالیست واکنش های OER، HER و ORR می باشد.

دلیل استفاده از گرافیت، هدایت الکتریکی بالا و مقاومت شیمیایی بالای آن می باشد که در الکترولیت های مختلف با اسیدیته و قلیاییت بالا بسیار مقاوم است. علاوه بر این گرافیت وارد واکنش ردوکس نمی گردد و الکترود بی اثر می باشد.

• الکترولیز

میله های گرافیت معمولاً به عنوان الکترود در الکترولیز استفاده می شوند، جایی که انرژی الکتریکی واکنش های شیمیایی را هدایت می کند.

الکترولیز آب: به عنوان آند یا کاتد برای الکترولیز آب به هیدروژن و اکسیژن استفاده می شود.

الکترولیز نمک ها: به استخراج فلزاتی مانند سدیم، پتاسیم یا آلومینیوم از نمک های مذاب کمک می کند.

تولید کلر: در الکترولیز آب نمک (محلول NaCl) برای تولید گاز کلر و هیدروکسید سدیم استفاده می شود.

• الکتروسنتز

علاوه بر این از الکترود میله گرافیت به عنوان بستر برای الکتروسنتز مواد مختلف استفاده نمود. همچنین یکی از روش های سنتز گرافن استفاده از گرافیت است که با اعمال جریان بالا صفحات گرافیت جدا شده و داخل الکترولیت می ریزد و گرافن تولید می گردد.

• حسگرهای الکتروشیمیایی

الکترودهای گرافیت در حسگرها برای تشخیص یون‌ها، گازها و بیومولکول‌ها استفاده می‌شوند.

الکترودهای مبتنی بر کربن معمولاً در PH متر و حسگرهای زیستی استفاده می شوند.

• باتری ها و ابرخازن ها

باتری های لیتیوم یون (LIBs): گرافیت به عنوان ماده آند در بیشتر باتری های لیتیوم یون تجاری عمل می کند.

ابرخازن ها: الکترودهای مبتنی بر گرافیت به دلیل مساحت سطح بالایی که دارند، ذخیره بار را افزایش می دهند.

• آبکاری و پالایش فلزات

به عنوان یک الکترود در آبکاری استفاده می شود، جایی که یک لایه فلزی بر روی یک بستر قرار می گیرد.

از طریق پالایش الکتریکی به پالایش فلزاتی مانند مس، روی و نقره کمک می کند.

• تصفیه فاضلاب

در فرآیندهای انعقاد الکتریکی برای حذف فلزات سنگین و آلاینده های آلی از فاضلاب استفاده می شود.

مزایای میله های گرافیت در الکتروشیمی

مقرون به صرفه: ارزان تر از الکترودهای فلز نجیب (به عنوان مثال، پلاتین، طلا).

مقاومت در برابر خوردگی: در برابر اکثر اسیدها، بازها و نمک ها مقاوم است.

سبک و بادوام: کار با آن آسان تر از الکترودهای فلزی است.

قابل بازیافت و سازگار با محیط زیست: پس از استفاده قابل استفاده مجدد یا تغییر کاربری است.

محدودیت ها و چالش ها

شکنندگی: میله های گرافیت شکننده هستند و می توانند تحت فشار مکانیکی بشکنند.

اکسیداسیون در ولتاژهای بالا: آندهای گرافیت می توانند در شرایط شدید اسیدی اکسید شوند و گاز CO2 یا CO را تشکیل دهند.

رسانایی کمتر در مقایسه با فلزات: گرافیت اگرچه رسانا است، اما به اندازه الکترودهای فلزی مانند پلاتین یا مس کارآمد نیست.

علاوه بر میله گرافیت از ورق گرافیت نیز می توان به عنوان الکترود استفاده نمود.