Γιατί χρησιμοποιείται γραφίτης για ηλεκτρόδια;

Υπάρχουν πολλές επιλογές υλικών ηλεκτροδίων, όπως μεταλλικά υλικά χαλκού, πλατίνας και αργύρου, ηλεκτρόδια άνθρακα και γραφίτη. Αυτά τα υλικά ηλεκτροδίων χρησιμοποιούνται ευρέως στη μεταλλουργία, τη χημική βιομηχανία, την ηλεκτροχημεία και άλλους βιομηχανικούς τομείς λόγω των μοναδικών φυσικών και χημικών ιδιοτήτων τους, όπως η αγωγιμότητα, η αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες και η χημική σταθερότητα. Μεταξύ αυτών, το κόστος του γραφίτη που χρησιμοποιείται ως ηλεκτρόδιο είναι το χαμηλότερο, οπότε έχει το υψηλότερο ποσοστό επιλογής για παραγωγή και χρήση.

Γιατί ο γραφίτης είναι καλό ηλεκτρόδιο;

Ο λόγος για τον οποίο ο γραφίτης χρησιμοποιείται ως ηλεκτρόδιο είναι κυρίως η εξαιρετική αγωγιμότητά του και η αντοχή του σε υψηλές θερμοκρασίες.

Ο λόγος για τον οποίο γραφίτης είναι ένας καλός ηλεκτροφόρος αγωγός για τον ηλεκτρισμό λόγω των ιδιαίτερων ιδιοτήτων της μοριακής του δομής και της διάταξης των ηλεκτρονίων του.

Πρώτον, η μοριακή δομή του γραφίτη αποτελείται από μεγάλο αριθμό κυψελωτών στρωμάτων ατόμων άνθρακα. Κάθε άτομο άνθρακα συνδέει τρία γειτονικά άτομα άνθρακα σε ένα επίπεδο σχηματίζοντας μια επίπεδη εξαγωνική δομή δακτυλίου. Αυτή η δομή ονομάζεται δομή δεσμού π και αποτελεί τη βάση της αγωγιμότητας του γραφίτη.

Δεύτερον, η ηλεκτρονική διάταξη του γραφίτη συμβάλλει επίσης στην αγωγιμότητά του. Στο γραφίτη, κάθε άτομο άνθρακα συνδέεται με τα γειτονικά άτομα άνθρακα μόνο μέσω τριών δεσμών π και το υπόλοιπο ηλεκτρόνιο κινείται ελεύθερα στο επίπεδο. Αυτά τα ελεύθερα κινούμενα ηλεκτρόνια ονομάζονται νέφη ηλεκτρονίων π και μπορούν να ρέουν ελεύθερα σε όλο το στρώμα του γραφίτη. Ρέουν ελεύθερα και είναι υπεύθυνα για τη μετάδοση του ηλεκτρικού ρεύματος.

Ο γραφίτης χρησιμοποιείται για την κατασκευή ηλεκτροδίων που οδηγούν το ρεύμα.

Όταν εφαρμόζεται τάση από το εξωτερικό, το νέφος ηλεκτρονίων αρχίζει να κινείται στο στρώμα γραφίτη. Λόγω της ελεύθερης κινητικότητας των ηλεκτρονίων, μπορούν να διοχετευθούν γρήγορα μέσω των δομικών κενών και των σημείων ατελειών στο γραφίτης. Ως εκ τούτου, ο γραφίτης έχει εξαιρετικά χαμηλή αντίσταση που χρησιμοποιείται για την κατασκευή ηλεκτροδίων και μπορεί να οδηγήσει αποτελεσματικά το ρεύμα.

Επιπλέον, ο γραφίτης έχει επίσης καλή θερμική αγωγιμότητα. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η ασθενής αλληλεπίδραση μεταξύ των στρωμάτων γραφίτη επιτρέπει τη γρήγορη μεταφορά θερμότητας μέσω των δονούμενων ατόμων άνθρακα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ο γραφίτης χρησιμοποιείται συχνά ως θερμικά αγώγιμο υλικό.