ما هي الأنودات والكاثودات؟

الأنودات والكاثودات هما زوج الأقطاب الكهربائية الأساسية في أنظمة الحماية من التآكل. يعمل هيكل السفينة الفولاذي ككاثود، ويجب أن يعمل مع الأنودات التضحية والحماية الكاثودية: في مجموعات الأنود والكاثود المصنوعة من سبائك الألومنيوم، يذوب الأنود بشكل تفضيلي ويزود الكاثود الفولاذي بالإلكترونات باستمرار. تُظهر البيانات الميدانية أن تركيبات الأنود والكاثود المُحسّنة يمكنها تثبيت جهد الهيكل دون -0.85 فولت. بالنسبة لخطوط الأنابيب المدفونة، تتطلب الأنودات والكاثودات المصنوعة من سبائك الزنك ردمًا موصلًا لتقليل مقاومة التربة من >50 Ω·m إلى 1-5 Ω·m، مما يضمن حماية موحدة لكاثود خط الأنابيب. تؤكد هندسة أعماق البحار أن أنظمة الأنود والكاثود المُصممة خصيصًا تُلبي المعايير الدولية تحت الضغط العالي، مما يُثبت أن موثوقية الزوج تنبع من دقة المطابقة الكهروكيميائية.

زوج الأقطاب الكهربائية في تحويل طاقة البطارية

تعتمد بطاريات الليثيوم-أيون على حركة أيونات الليثيوم ذهابًا وإيابًا بين الأنودات والكاثودات. أثناء التفريغ، تتدفق الأيونات من أنود الجرافيت إلى كاثود أكسيد المعدن؛ ويعكس الشحن هذا التدفق. تؤكد الاختبارات العملية أن نواتج كاثود الكبريت في بطاريات الليثيوم-الكبريت تُسمّم أنود معدن الليثيوم، مما يُسبب فقدانًا في السعة يزيد عن 50%. يتطلب حل هذه المشكلة ابتكارًا متزامنًا للأنودات والكاثودات، باستخدام أنودات مركبة من السيليكون/الكربون المسامي لتعزيز الاستقرار، مع إضافة طلاءات حفزية للكاثودات لتسريع التفاعلات. كل دورة شحن وتفريغ تنتج عن تفاعل الأنود والكاثود؛ ففشل أي منهما يُدمر مركز الطاقة هذا.

اختراقات تآزرية للأنودات والكاثودات في الظروف القاسية

تعتمد قفزات الأداء في الأنودات والكاثودات على الاقتران العميق بين المادة والبيئة. في أجهزة التحليل الكهربائي المصنوعة من الألومنيوم، تُصدر أنودات الكربون التقليدية انبعاثات كربونية عالية أثناء الاستهلاك، بينما تستخدم البطاريات الجديدة مجمعات تيار ثنائية الوظائف لتحسين واجهات كلٍّ من الأنود والكاثود، محققةً كفاءة دورة تزيد عن 99%. بالنسبة لأنظمة الأكسجين القمرية، تُطلق أنودات المعادن الخاملة في أجهزة التحليل الكهربائي بالملح المنصهر الأكسجين بثبات عند درجة حرارة 950 درجة مئوية، بينما تخضع تربة القمر للاختزال في الموقع عند الكاثود لإنتاج الأكسجين - يحقق نظام الأنود والكاثود هذا إنتاجية أكسجين تبلغ 10 كجم/م²/يوم. أثناء صيانة السفن، تتطلب وحدات الأنود والكاثود القابلة للاستهلاك استبدالها عند بقاء 30% من وزنها؛ وتتطلب هندسة خطوط الأنابيب مجموعات أنود وكاثود كل 50 مترًا لضمان جهد موحد. من أعماق البحار إلى الفضاء الخارجي، يتمحور تطور تقنية الأنود والكاثود حول آلياتها التعاونية في سيناريوهات محددة.

انتقل إلى أنودات التيتانيوم لمعرفة المزيد