لماذا استخدام الجرافيت للأقطاب الكهربائية؟

هناك العديد من الخيارات لمواد الأقطاب الكهربائية، مثل المواد المعدنية النحاسية والبلاتينية والفضية وأقطاب الكربون والجرافيت. وتستخدم مواد الأقطاب الكهربائية هذه على نطاق واسع في علم المعادن والصناعات الكيميائية والكيمياء الكهربائية وغيرها من المجالات الصناعية بسبب خصائصها الفيزيائية والكيميائية الفريدة، مثل الموصلية ومقاومة درجات الحرارة العالية والاستقرار الكيميائي. من بينها، تكلفة الجرافيت المستخدم كـ قطب كهربائي هو الأدنى، لذا فهو يتمتع بأعلى معدل اختيار للإنتاج والاستخدام.

لماذا الجرافيت قطب كهربائي جيد؟

ويرجع السبب في استخدام الجرافيت كقطب كهربائي بشكل أساسي إلى توصيله الممتاز ومقاومته العالية لدرجات الحرارة.

السبب في أن الجرافيت موصل جيد للكهرباء بسبب الخصائص الخاصة لتركيبها الجزيئي وترتيب الإلكترونات.

أولاً، يتكون التركيب الجزيئي للجرافيت من عدد كبير من طبقات ذرات الكربون التي تشبه قرص العسل. وتربط كل ذرة كربون ثلاث ذرات كربون متجاورة على مستوى واحد لتكوين بنية حلقة سداسية مستوية. وتسمى هذه البنية ببنية الرابطة π وهي أساس توصيلية الجرافيت.

وثانيًا، يساهم الترتيب الإلكتروني للجرافيت أيضًا في توصيله. ففي الجرافيت، ترتبط كل ذرة كربون في الجرافيت بذرات الكربون المجاورة من خلال ثلاث روابط π فقط، ويتحرك الإلكترون المتبقي بحرية على المستوى. وتُسمَّى هذه الإلكترونات التي تتحرَّك بحرية سُحُب الإلكترونات π، ويمكنها التدفق بحرية في جميع أنحاء طبقة الجرافيت. تتدفق بحرية ومسئولة عن نقل التيار الكهربي.

يستخدم الجرافيت في صنع أقطاب كهربائية موصلة للتيار.

عندما يتم تطبيق الجهد من الخارج، تبدأ سحابة الإلكترونات بالتحرك في طبقة الجرافيت. ونظرًا للحركة الحرة للإلكترونات، يمكن للإلكترونات أن تتحرك بسرعة عبر الفجوات الهيكلية ونقاط الخلل في الجرافيت. لذلك، يتمتع الجرافيت بمقاومة منخفضة للغاية يستخدم في صناعة الأقطاب الكهربائية ويمكنه توصيل التيار بفعالية.

بالإضافة إلى ذلك، يتمتع الجرافيت أيضًا بتوصيل حراري جيد. وذلك لأن التفاعل الضعيف بين طبقات الجرافيت يسمح بانتقال الحرارة بسرعة من خلال ذرات الكربون المهتزة. ولهذا السبب غالبًا ما يستخدم الجرافيت كمادة موصلة للحرارة.