इलेक्ट्रोड

विभिन्न परिरक्षित धातु आर्क वेल्डिंग इलेक्ट्रोड और एक इलेक्ट्रोड धारक। ऊपर से * E7018 के साथ एक इलेक्ट्रोड धारक * E6010 * E7018 * E316-16 * E308L-16

इलेक्ट्रोड, एक विद्युत चालक होता है जिसका उपयोग परिपथ के अधात्विक भाग (जैसे अर्धचालक, इलेक्ट्रोलाइट, वैक्यूम या वायु) के साथ संपर्क बनाने के लिए किया जाता है। इलेक्ट्रोड बैटरी के आवश्यक भाग होते हैं, जिनमें, बैटरी के प्रकार के आधार पर, विभिन्न प्रकार के पदार्थ हो सकते है।

इलेक्ट्रोफोर, स्थैतिक विद्युत का अध्ययन करने के लिए उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रोड का प्रारंभिक संस्करण था।[1]

विद्युत रासायनिक सेल में एनोड और कैथोड

एक वोल्टाइक (गैल्वेनिक) सेल का योजनाबद्ध

इलेक्ट्रोड किसी भी बैटरी का एक अनिवार्य भाग होता हैं। पहली विद्युत रासायनिक बैटरी एलेसेंड्रो वोल्टा द्वारा बनाई गई और इसे उपयुक्त रूप से वोल्टाइक सेल नाम दिया गया।[2] इन बैटरी में तांबे और जस्ते के इलेक्ट्रोड होते है जिनके बीच लवण जल युक्त पेपर डिस्क होती है। वोल्टाइक सेल द्वारा प्रदान किए गए वोल्टेज में उच्चावच (फ्लक्चुएशन) के कारण यह अधिक कृयात्मक नहीं थी। 1839 में पहली कृयात्मक बैटरी का आविष्कार किया गया, इसका नाम जॉन फ्रेडरिक डेनियल के नाम पर, डेनियल सेल रखा गया। अभी भी जस्ते-तांबे इलेक्ट्रोड संयोजन का उपयोग किया जा रहा है। अब विभिन्न सामग्रियों का उपयोग करके कई और बैटरियों का विकास किया गया है (बैटरियों की सूची देखें)। यह सभी अभी भी दो इलेक्ट्रोड के उपयोग करने पर आधारित है, जिन्हें दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है, एनोड और कैथोड।

एनोड

फैराडे के अनुरोध पर विलियम व्हीवेल द्वारा निर्मित एक पद, 'आरोही' और 'शैली' है। एनोड वह इलेक्ट्रोड है जिसके माध्यम से सम्मत (कन्वेंशनल) विद्युत किसी विद्युत रासायनिक सेल (बैटरी) के विद्युत परिपथ से अधातु सेल में प्रवेश करता है। इलेक्ट्रान विद्युत् धरा के विपरीत प्रवाहित होते है। ध्यान दें, धारा के प्रवाह और इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह में अंतर, इलेक्ट्रॉन के प्रवाह की खोज से पहले धारा के प्रवाह की खोज का कारण है। बेंजामिन फ्रैंकलिन ने अनुमान लगाया कि विद्युत प्रवाह धनात्मक से ऋणात्मक होता है। इलेक्ट्रॉन एनोड से दूर और सम्मत (कन्वेंशनल) धारा एनोड की ओर प्रवाहित होते हैं। दोनों से यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि एनोड का आवेश ऋणात्मक होता है। एनोड में प्रवेश करने वाला इलेक्ट्रॉन उसके बगल में होने वाली ऑक्सीकरण अभिक्रिया से प्राप्त होता है।

कैथोड

यह नाम विलियम व्हीवेल द्वारा अधोगामी (डाउनवर्ड्स) और शैली से लिया गया है। कैथोड इलेक्ट्रोड एनोड से कुछ मायनो मे विपरीत होता है। यह एक धनतमक इलेक्ट्रोड है, जिसका अर्थ है कि इलेक्ट्रॉन विद्युत परिपथ से कैथोड के माध्यम से विद्युत रासायनिक सेल के अधातु भाग में प्रवाहित होते हैं। कैथोड पर, कैथोड से जुड़े तार से आने वाले इलेक्ट्रॉनों से अपचयन अभिक्रिया होती है और ऑक्सीकरण कारक द्वारा अवशोषित कर लिए जाते है।

प्राथमिक सेल

विभिन्न डिस्पोजेबल बैटरी: दो 9-वोल्ट, दो "एएए", दो "एए", और एक "सी", "डी", एक ताररहित फोन बैटरी, एक कैमकॉर्डर बैटरी, एक 2-मीटर हैंडहेल्ड हैम रेडियो बैटरी, और एक बटन बैटरी।

प्राथमिक सेल एक बार उपयोग करके निराकृत करने हेतु बनाई गई बैटरी है। यह सेल में इलेक्ट्रोड पर होने वाली विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं के प्रतिवर्ती नहीं होने के कारण है। प्राथमिक सेल का एक उदाहरण त्यागने योग्य क्षारीय बैटरी है, उदाहरण के लिए टॉर्च (फ्लैशलाइट) में उपयोग की जाने वाली त्यागने योग्य क्षारीय बैटरी। जस्ते का एनोड और मैंगनीज का ऑक्साइड कैथोड से मिलकर जिसमें ZnO बनता है।

अर्ध-अभिक्रियाएं निम्नलिखित हैं।

Zn_(s) + 2OH⁻_(aq) → ZnO_(s) + H2O_(l) + 2e− [E⁰_oxidation = -1.28 V]

2MnO2_(s) H2O_(l) 2e− → Mn2O3_(s) + 2OH⁻_(aq) [E⁰_reduction = +0.15 V]

पूर्ण अभिक्रिया निम्नलिखित हैं।

Zn_(s) + 2MnO2_(s) ⇌ ZnO_(s) + Mn2O3_(s) [E⁰_total = +1.43 V]

ZnO में एकत्रीकरण होने की प्रवृत्ति होती है और यदि इनका पुनः आवेशन किया जाए तो कम प्रभावशाली स्राव (डिस्चार्ज) होगा। इन बैटरियों को पुनः आवेशित करना संभव है, लेकिन निर्माता द्वारा दी गई सलाह, सुरक्षा, चिंताओं के विरुद्ध है। अन्य प्राथमिक सेल में जस्ता-कार्बन, जस्ता-क्लोराइड और लिथियम आयरन डाइसल्फ़ाइड बैटरी शामिल हैं।

माध्यमिक सेल

प्राथमिक सेल के विपरीत माध्यमिक सेल को पुनः आवेशित किया जा सकता है। 1859 में फ्रेंच गैस्टन प्लांट ने पहली लेड-एसिड बैटरी का आविष्कार किया, यह एक मध्यम सेल है। इस प्रकार की बैटरी अभी भी अन्य ऑटोमोबाइल में सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाती है। कैथोड में लेड डाइऑक्साइड (PbO₂) और ठोस लेड का एनोड होता है। अन्य सामान्यत: उपयोग की जाने वाली पुनः आवेशन योग्य बैटरी निकल-कैडमियम, निकल-धातु हाइड्राइड बैटरी और लिथियम-आयन बैटरी हैं। जिनमें से अंतिम को इसके महत्व के कारण इस लेख में और अधिक विस्तार से समझाया जाएगा।

मार्कस का इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण का सिद्धांत

मार्कस सिद्धांत मूल रूप से नोबेल पुरस्कार विजेता रूडोल्फ ए। मार्कस द्वारा विकसित एक सिद्धांत है और उस दर की व्याख्या करता है जिस पर एक इलेक्ट्रॉन एक रासायनिक प्रजाति से दूसरे में जा सकता है, ^[1] इस लेख के लिए इसे इलेक्ट्रोड से एक प्रजाति के लिए 'कूद' के रूप में देखा जा सकता है। विलायक में या इसके विपरीत। हम दाता से स्वीकर्ता को इलेक्ट्रॉन के स्थानांतरण के लिए स्थानांतरण दर की गणना के रूप में समस्या का प्रतिनिधित्व कर सकते हैं

सिस्टम की संभावित ऊर्जा प्रतिक्रियाशील प्रजातियों और आसपास के माध्यम के अणुओं के अनुवाद, घूर्णी और कंपन निर्देशांक का एक कार्य है, जिसे सामूहिक रूप से प्रतिक्रिया निर्देशांक कहा जाता है। भुज दायीं ओर की आकृति इनका प्रतिनिधित्व करती है। शास्त्रीय इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण सिद्धांत से, प्रतिक्रिया दर स्थिरांक (प्रतिक्रिया की संभावना) की अभिव्यक्ति की गणना की जा सकती है, यदि एक गैर-एडियाबेटिक प्रक्रिया और परवलयिक संभावित ऊर्जा को प्रतिच्छेदन बिंदु (क्यू _एक्स ) का पता लगाकर माना जाता है। एक महत्वपूर्ण बात ध्यान देने योग्य है, और मार्कस द्वारा नोट किया गया था जब वह सिद्धांत के साथ आया था, इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण को ऊर्जा के संरक्षण के कानून और फ्रैंक-कोंडन सिद्धांत का पालन करना चाहिए। ऐसा करने और फिर इसे पुनर्व्यवस्थित करने से मुक्त ऊर्जा सक्रियण की अभिव्यक्ति होती है ( $\Delta G^{\dagger }$ ) प्रतिक्रिया की समग्र मुक्त ऊर्जा के संदर्भ में ( $\Delta G^{0}$ )

यह शास्त्रीय रूप से व्युत्पन्न परिणाम शर्तों के तहत अधिकतम इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण दर के गुणात्मक रूप से पुनरुत्पादित अवलोकन हैं $\Delta G^{\dagger }=\lambda$ . ^[2] अधिक व्यापक गणितीय उपचार के लिए न्यूटन का पेपर पढ़ सकते हैं। ^[3] इस परिणाम की व्याख्या और भौतिक अर्थ पर क्या करीब से नज़र डालते हैं $\lambda$ कोई मार्कस द्वारा पेपर पढ़ सकता है। ^[4]

विस्थापित हार्मोनिक थरथरानवाला मॉडल का उपयोग करके हाथ की स्थिति को अधिक सटीक रूप से वर्णित किया जा सकता है, इस मॉडल में क्वांटम टनलिंग की अनुमति है। यह समझाने के लिए आवश्यक है कि क्यों लगभग शून्य केल्विन में भी अभी भी इलेक्ट्रॉन स्थानान्तरण होते हैं, ^[5] शास्त्रीय सिद्धांत के विपरीत।

व्युत्पत्ति कैसे की जाती है, इस पर बहुत अधिक विस्तार में जाने के बिना, यह सिस्टम के पूर्ण हैमिल्टन के साथ समय-निर्भर गड़बड़ी सिद्धांत से फर्मी के सुनहरे नियम का उपयोग करने पर टिकी हुई है। दोनों अभिकारकों और उत्पादों (रासायनिक प्रतिक्रिया के दाएं और बाएं तरफ) के तरंग कार्यों में ओवरलैप को देखना संभव है और इसलिए जब उनकी ऊर्जा समान होती है और इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण की अनुमति देती है। जैसा कि पहले छुआ गया था, ऐसा होना ही चाहिए क्योंकि तभी ऊर्जा संरक्षण का पालन होता है। कुछ गणितीय चरणों को छोड़कर इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण की संभावना की गणना निम्न सूत्र का उपयोग करके (यद्यपि काफी कठिन) की जा सकती है:

साथ $J$ दो राज्यों (अभिकारकों और उत्पादों) के बीच बातचीत का वर्णन करने वाला इलेक्ट्रॉनिक युग्मन स्थिरांक होने के नाते और $g(t)$ लाइन शेप फंक्शन होने के नाते। इस अभिव्यक्ति की शास्त्रीय सीमा लेते हुए, अर्थ $\hbar \omega \ll kT$ , और कुछ प्रतिस्थापन करने से एक व्यंजक शास्त्रीय रूप से व्युत्पन्न सूत्र के समान ही प्राप्त होता है, जैसा कि अपेक्षित था।

मुख्य अंतर अब पूर्व-घातांक कारक है जिसे अब प्रायोगिक कारक के बजाय अधिक भौतिक मापदंडों द्वारा वर्णित किया गया है $A$ . अधिक गहन और कठोर गणितीय व्युत्पत्ति और व्याख्या के लिए नीचे सूचीबद्ध स्रोतों के लिए एक बार फिर से सम्मानित किया जाता है।

क्षमता

इलेक्ट्रोड के भौतिक गुण मुख्य रूप से इलेक्ट्रोड की सामग्री और इलेक्ट्रोड की टोपोलॉजी द्वारा निर्धारित किए जाते हैं। आवश्यक गुण अनुप्रयोग पर निर्भर करते हैं और इसलिए प्रचलन में कई प्रकार के इलेक्ट्रोड हैं। इलेक्ट्रोड के रूप में उपयोग की जाने वाली सामग्री के लिए परिभाषित संपत्ति यह है कि यह प्रवाहकीय हो। इसलिए धातु, अर्धचालक, ग्रेफाइट या प्रवाहकीय पॉलिमर जैसी किसी भी संवाहक सामग्री का उपयोग इलेक्ट्रोड के रूप में किया जा सकता है। अक्सर इलेक्ट्रोड में सामग्रियों का संयोजन होता है, प्रत्येक में एक विशिष्ट कार्य होता है। विशिष्ट घटक सक्रिय सामग्री हैं जो कणों के रूप में काम करते हैं जो ऑक्सीडेट या रिडक्ट करते हैं, प्रवाहकीय एजेंट जो इलेक्ट्रोड की चालकता में सुधार करते हैं और बाइंडर्स जो इलेक्ट्रोड के भीतर सक्रिय कणों को शामिल करने के लिए उपयोग किए जाते हैं। इलेक्ट्रोकेमिकल कोशिकाओं की दक्षता को कई गुणों से आंका जाता है, महत्वपूर्ण मात्रा स्व-निर्वहन समय, निर्वहन वोल्टेज और चक्र प्रदर्शन हैं । इलेक्ट्रोड के भौतिक गुण इन मात्राओं को निर्धारित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। इलेक्ट्रोड के महत्वपूर्ण गुण हैं: विद्युत प्रतिरोधकता, विशिष्ट ताप क्षमता (c_p), इलेक्ट्रोड क्षमता और कठोरता । बेशक, तकनीकी अनुप्रयोगों के लिए, सामग्री की लागत भी एक महत्वपूर्ण कारक है। ^[6] कुछ सामान्य रूप से उपयोग की जाने वाली सामग्रियों के लिए कमरे के तापमान (T = 293 K) पर इन गुणों के मान नीचे दी गई तालिका में सूचीबद्ध हैं।

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भूतल प्रभाव

इलेक्ट्रोड की सतह टोपोलॉजी इलेक्ट्रोड की दक्षता निर्धारित करने में एक महत्वपूर्ण कारक निभाती है। संपर्क प्रतिरोध के कारण इलेक्ट्रोड की दक्षता कम हो सकती है। एक कुशल इलेक्ट्रोड बनाने के लिए इसे इस तरह डिजाइन करना महत्वपूर्ण है कि यह संपर्क प्रतिरोध को कम करता है।

उत्पादन

ली-आयन बैटरियों के लिए इलेक्ट्रोड का उत्पादन विभिन्न चरणों में निम्नानुसार किया जाता है: ^[7]

इलेक्ट्रोड के विभिन्न घटकों को एक विलायक में मिलाया जाता है। इस मिश्रण को इस तरह से डिजाइन किया गया है कि यह इलेक्ट्रोड के प्रदर्शन में सुधार करता है। इस मिश्रण के सामान्य घटक ह

सक्रिय इलेक्ट्रोड कण।
एक बाइंडर जिसमें सक्रिय इलेक्ट्रोड कण होते थे।
इलेक्ट्रोड की चालकता में सुधार करने के लिए प्रयुक्त एक प्रवाहकीय एजेंट।

बनाए गए मिश्रण को 'इलेक्ट्रोड स्लरी' के रूप में जाना जाता है।

ऊपर इलेक्ट्रोड स्लरी एक कंडक्टर पर लेपित होता है जो इलेक्ट्रोकेमिकल सेल में वर्तमान कलेक्टर के रूप में कार्य करता है। विशिष्ट वर्तमान संग्राहक कैथोड के लिए तांबा और एनोड के लिए एल्यूमीनियम हैं।
कंडक्टर पर घोल लगाने के बाद इसे सुखाया जाता है और फिर आवश्यक मोटाई तक दबाया जाता है।

इलेक्ट्रोड की संरचना

इलेक्ट्रोड के घटकों के दिए गए चयन के लिए, अंतिम दक्षता इलेक्ट्रोड की आंतरिक संरचना द्वारा निर्धारित की जाती है। इलेक्ट्रोड के प्रदर्शन को निर्धारित करने में आंतरिक संरचना में महत्वपूर्ण कारक हैं: ^[8]

सक्रिय सामग्री और प्रवाहकीय एजेंट का क्लस्टरिंग। घोल के सभी घटकों को अपना कार्य करने के लिए, उन सभी को इलेक्ट्रोड के भीतर समान रूप से फैलाया जाना चाहिए।
सक्रिय सामग्री पर प्रवाहकीय एजेंट का समान वितरण। यह सुनिश्चित करता है कि इलेक्ट्रोड की चालकता इष्टतम है।
वर्तमान संग्राहकों को इलेक्ट्रोड का पालन। पालन सुनिश्चित करता है कि इलेक्ट्रोड इलेक्ट्रोलाइट में भंग नहीं करता है।
सक्रिय सामग्री का घनत्व। सक्रिय सामग्री की मात्रा, प्रवाहकीय एजेंट और बांधने की मशीन के बीच एक संतुलन पाया जाना चाहिए। चूंकि इलेक्ट्रोड में सक्रिय सामग्री महत्वपूर्ण कारक है, इसलिए घोल को इस तरह से डिजाइन किया जाना चाहिए कि सक्रिय सामग्री का घनत्व जितना संभव हो उतना अधिक हो, बिना प्रवाहकीय एजेंट और बाइंडर ठीक से काम नहीं कर रहा हो। इलेक्ट्रोड के उत्पादन में इन गुणों को कई तरीकों से प्रभावित किया जा सकता है। इलेक्ट्रोड के निर्माण में सबसे महत्वपूर्ण कदम इलेक्ट्रोड घोल बनाना है। जैसा कि ऊपर देखा जा सकता है, इलेक्ट्रोड के सभी महत्वपूर्ण गुणों को इलेक्ट्रोड के घटकों के समान वितरण के साथ करना पड़ता है। इसलिए, यह बहुत महत्वपूर्ण है कि इलेक्ट्रोड घोल यथासंभव सजातीय हो। इस मिश्रण चरण को बेहतर बनाने के लिए कई प्रक्रियाएं विकसित की गई हैं और वर्तमान शोध अभी भी किया जा रहा है। ^[9]

लिथियम आयन बैटरी में इलेक्ट्रोड

इलेक्ट्रोड का एक आधुनिक अनुप्रयोग लिथियम-आयन बैटरी (ली-आयन बैटरी) में है। ली-आयन बैटरी, एक तरह की फ्लो बैटरी है, जिसे दाईं ओर की छवि में देखा जा सकता है।

रेडॉक्स फ्लो बैटरी

File:Redox Flow Battery.jpg

एक विशिष्ट प्रवाह बैटरी में तरल पदार्थ के दो टैंक होते हैं जिन्हें दो इलेक्ट्रोडों के बीच एक झिल्ली के माध्यम से पंप किया जाता है। [16]

इसके अलावा, ली-आयन बैटरी एक सेकेंडरी सेल का एक उदाहरण है क्योंकि यह रिचार्जेबल है। यह दोनों गैल्वेनिक या इलेक्ट्रोलाइटिक सेल के रूप में कार्य कर सकता है।ली-आयन बैटरी अपने शानदार प्रदर्शन के कारण बहुत लोकप्रिय हैं। अनुप्रयोगों में मोबाइल फोन और इलेक्ट्रिक कार शामिल हैं। उनकी लोकप्रियता के कारण, लागत कम करने और ली-आयन बैटरी की सुरक्षा बढ़ाने के लिए बहुत सारे शोध किए जा रहे हैं। ली-आयन बैटरियों का एक अभिन्न अंग उनके एनोड और कैथोड हैं, इसलिए विशेष रूप से इन इलेक्ट्रोड की दक्षता, सुरक्षा और लागत को कम करने के लिए बहुत अधिक शोध किया जा रहा है।

लिथियम कैथोड

ली-आयन बैटरी में कैथोड में एक इंटरकलेटेड लिथियम यौगिक होता है (लिथियम और अन्य तत्वों से बने अणुओं की परतों से युक्त एक स्तरित सामग्री)। एक सामान्य तत्व जो यौगिक में अणुओं का हिस्सा बनता है वह कोबाल्ट है। एक और अक्सर इस्तेमाल किया जाने वाला तत्व मैंगनीज है। यौगिक का सबसे अच्छा विकल्प आमतौर पर बैटरी के उपयोग पर निर्भर करता है। मैंगनीज-आधारित यौगिकों पर कोबाल्ट-आधारित यौगिकों के लाभ उनकी उच्च विशिष्ट ताप क्षमता, उच्च वॉल्यूमेट्रिक ताप क्षमता, कम स्व-निर्वहन दर, उच्च निर्वहन वोल्टेज और उच्च चक्र स्थायित्व हैं। हालांकि, कोबाल्ट-आधारित यौगिकों जैसे कि उनकी उच्च लागत और उनकी कम थर्मोस्टेबिलिटी का उपयोग करने में भी कमियां हैं। मैंगनीज के समान फायदे और कम लागत है, हालांकि मैंगनीज के उपयोग से जुड़ी कुछ समस्याएं हैं। मुख्य समस्या यह है कि मैंगनीज समय के साथ इलेक्ट्रोलाइट में घुल जाता है। इस कारण से कोबाल्ट अभी भी सबसे आम तत्व है जिसका उपयोग लिथियम यौगिकों में किया जाता है। नई सामग्री खोजने के लिए बहुत शोध किया जा रहा है जिसका उपयोग सस्ती और लंबे समय तक चलने वाली ली-आयन बैटरी बनाने के लिए किया जा सकता है [18]

लिथियम एनोड

बड़े पैमाने पर उत्पादित ली-आयन बैटरियों में प्रयुक्त एनोड या तो कार्बन आधारित (आमतौर पर ग्रेफाइट) होते हैं या स्पिनल लिथियम टाइटेनेट (Li4Ti5O12) से बने होते हैं। [18]

यांत्रिक विशेषताएं

बैटरियों का एक सामान्य विफलता तंत्र यांत्रिक झटका है, जो या तो इलेक्ट्रोड या सिस्टम के कंटेनर को तोड़ देता है, जिससे खराब चालकता और इलेक्ट्रोलाइट रिसाव होता है। ^[10] हालांकि, इलेक्ट्रोड के यांत्रिक गुणों की प्रासंगिकता इसके पर्यावरण के कारण टकराव के प्रतिरोध से परे है। मानक संचालन के दौरान, आयनों को इलेक्ट्रोड में शामिल करने से आयतन में परिवर्तन होता है। लिथियम-आयन बैटरी में सी इलेक्ट्रोड द्वारा लीथिएशन के दौरान लगभग 300% का विस्तार करके यह अच्छी तरह से उदाहरण है। ^[11] इस तरह के परिवर्तन से जाली में विकृति हो सकती है और इसलिए सामग्री में तनाव होता है। तनाव की उत्पत्ति इलेक्ट्रोड में ज्यामितीय बाधाओं या आयन के अमानवीय चढ़ाना के कारण हो सकती है। ^[12] यह घटना बहुत ही चिंताजनक है क्योंकि इससे इलेक्ट्रोड फ्रैक्चर और प्रदर्शन हानि हो सकती है। इस प्रकार, लंबे समय तक चलने वाली बैटरी के लिए नए इलेक्ट्रोड के विकास को सक्षम करने के लिए यांत्रिक गुण महत्वपूर्ण हैं। ऑपरेशन के दौरान इलेक्ट्रोड के यांत्रिक व्यवहार को मापने के लिए एक संभावित रणनीति नैनोइंडेंटेशन का उपयोग कर रही है। ^[13] यह विधि विश्लेषण करने में सक्षम है कि विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं के दौरान तनाव कैसे विकसित होता है, यांत्रिक व्यवहार और इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री को जोड़ने के संभावित मार्गों के मूल्यांकन में एक मूल्यवान उपकरण होने के नाते।

इलेक्ट्रोड की आकृति विज्ञान को प्रभावित करने के अलावा, तनाव विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं को भी प्रभावित करने में सक्षम हैं। ^[14] ^[15] जबकि रासायनिक ड्राइविंग बल आमतौर पर यांत्रिक ऊर्जा की तुलना में अधिक परिमाण में होते हैं, यह ली-आयन बैटरियों के लिए सही नहीं है। ^[16] डॉ लार्चे के एक अध्ययन ने लागू तनाव और इलेक्ट्रोड की रासायनिक क्षमता के बीच सीधा संबंध स्थापित किया। ^[17] यद्यपि यह लोचदार बाधाओं की भिन्नता जैसे कई चरों की उपेक्षा करता है, यह कुल रासायनिक क्षमता से तनाव से प्रेरित लोचदार ऊर्जा को घटा देता है।

इस समीकरण में μ रासायनिक क्षमता का प्रतिनिधित्व करता है, जिसमें μ ° इसका संदर्भ मूल्य है। T तापमान के लिए खड़ा है और k बोल्ट्जमान स्थिरांक है । लॉगरिदम के अंदर शब्द गतिविधि है और x आयन का अनुपात इलेक्ट्रोड की कुल संरचना से है। उपन्यास शब्द मेजबान में आयन का आंशिक दाढ़ मात्रा है और σ प्रणाली द्वारा महसूस किए गए औसत तनाव से मेल खाता है। इस समीकरण का परिणाम यह है कि प्रसार, जो रासायनिक क्षमता पर निर्भर है, अतिरिक्त तनाव से प्रभावित होता है और इसलिए बैटरी के प्रदर्शन को बदल देता है। इसके अलावा, यांत्रिक तनाव इलेक्ट्रोड की ठोस-इलेक्ट्रोलाइट-इंटरफ़ेज़ परत को भी प्रभावित कर सकते हैं। ^[18] इंटरफ़ेस जो आयन और चार्ज ट्रांसफर को नियंत्रित करता है और तनाव से नीचा हो सकता है। इस प्रकार, समाधान में अधिक आयनों का उपयोग इसे सुधारने के लिए किया जाएगा, जिससे सिस्टम की समग्र दक्षता कम हो जाएगी। ^[19]

अन्य एनोड और कैथोड

एक वैक्यूम ट्यूब या अर्धचालक में ध्रुवीयता (डायोड, इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर) होते हैं, एनोड सकारात्मक () इलेक्ट्रोड होता है और कैथोड नकारात्मक (-) होता है। इलेक्ट्रॉन कैथोड के माध्यम से डिवाइस में प्रवेश करते हैं और एनोड के माध्यम से डिवाइस से बाहर निकलते हैं। कई उपकरणों में ऑपरेशन को नियंत्रित करने के लिए अन्य इलेक्ट्रोड होते हैं, जैसे, बेस, गेट, कंट्रोल ग्रिड।

एक तीन-इलेक्ट्रोड सेल में, एक काउंटर इलेक्ट्रोड, जिसे एक सहायक इलेक्ट्रोड भी कहा जाता है, का उपयोग केवल इलेक्ट्रोलाइट से कनेक्शन बनाने के लिए किया जाता है ताकि काम करने वाले इलेक्ट्रोड पर करंट लगाया जा सके। काउंटर इलेक्ट्रोड आमतौर पर एक अक्रिय सामग्री से बना होता है, जैसे कि एक महान धातु या ग्रेफाइट, इसे घुलने से बचाने के लिए

वेल्डिंग इलेक्ट्रोड

आर्क वेल्डिंग में, दो टुकड़ों को एक साथ फ्यूज करने के लिए एक वर्कपीस के माध्यम से करंट का संचालन करने के लिए एक इलेक्ट्रोड का उपयोग किया जाता है। प्रक्रिया के आधार पर, इलेक्ट्रोड या तो उपभोज्य है, गैस धातु चाप वेल्डिंग या परिरक्षित धातु चाप वेल्डिंग के मामले में, या गैर-उपभोज्य, जैसे गैस टंगस्टन चाप वेल्डिंग में। डायरेक्ट करंट सिस्टम के लिए, वेल्ड रॉड या स्टिक फिलिंग टाइप वेल्ड के लिए कैथोड या अन्य वेल्डिंग प्रक्रियाओं के लिए एनोड हो सकता है। एक प्रत्यावर्ती धारा चाप वेल्डर के लिए, वेल्डिंग इलेक्ट्रोड को एनोड या कैथोड नहीं माना जाएगा।

प्रत्यावर्ती धारा इलेक्ट्रोड

विद्युत प्रणालियों के लिए जो प्रत्यावर्ती धारा का उपयोग करते हैं, इलेक्ट्रोड विद्युत प्रवाह द्वारा कार्य करने के लिए सर्किट्री से वस्तु से कनेक्शन होते हैं, लेकिन एनोड या कैथोड नामित नहीं होते हैं क्योंकि इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह की दिशा समय-समय पर बदलती रहती है, आमतौर पर प्रति सेकंड कई बार। .

रासायनिक रूप से संशोधित इलेक्ट्रोड

रासायनिक रूप से संशोधित इलेक्ट्रोड इलेक्ट्रोड होते हैं जिनकी सतहों को इलेक्ट्रोड के भौतिक, रासायनिक, विद्युत रासायनिक, ऑप्टिकल, विद्युत और परिवहन गुणों को बदलने के लिए रासायनिक रूप से संशोधित किया जाता है। इन इलेक्ट्रोडों का उपयोग अनुसंधान और जांच में उन्नत उद्देश्यों के लिए किया जाता है। [29]

उपयोग

इलेक्ट्रोड का उपयोग अधातु वस्तुओं के माध्यम से करंट प्रदान करने के लिए उन्हें कई तरीकों से बदलने और कई उद्देश्यों के लिए चालकता को मापने के लिए किया जाता है। उदाहरणों में शामिल:

ईंधन कोशिकाओं के लिए इलेक्ट्रोड
चिकित्सा उद्देश्यों के लिए इलेक्ट्रोड, जैसे ईईजी (मस्तिष्क गतिविधि रिकॉर्ड करने के लिए), ईसीजी ( दिल की धड़कन रिकॉर्ड करना), ईसीटी (विद्युत मस्तिष्क उत्तेजना), डिफिब्रिलेटर (कार्डियक उत्तेजना रिकॉर्डिंग और वितरित करना)
बायोमेडिकल रिसर्च में इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी तकनीकों के लिए इलेक्ट्रोड
इलेक्ट्रिक चेयर द्वारा निष्पादन के लिए इलेक्ट्रोड
इलेक्ट्रोप्लेटिंग के लिए इलेक्ट्रोड
चाप वेल्डिंग के लिए इलेक्ट्रोड
कैथोडिक सुरक्षा के लिए इलेक्ट्रोड
ग्राउंडिंग के लिए इलेक्ट्रोड
इलेक्ट्रोकेमिकल विधियों का उपयोग करके रासायनिक विश्लेषण के लिए इलेक्ट्रोड
नैनोइलेक्ट्रोड में उच्च-सटीक मापन के लिए नैनोइलेक्ट्रोड
इलेक्ट्रोलिसिस के लिए निष्क्रिय इलेक्ट्रोड ( प्लैटिनम से बना)
झिल्ली इलेक्ट्रोड असेंबली
टेजर इलेक्ट्रोशॉक हथियार के लिए इलेक्ट्रोड

यह सभी देखें

↑ "Electron Transfer Reactions in Chemistry: Theory and Experiment". Nobelstiftung. 8 December 1992. Retrieved 2 April 2007.
↑ "Marcus Theory for Electron Transfer". 12 December 2020. Retrieved 24 January 2021.
↑ Newton, Marshall D. (1991). "Quantum chemical probes of electron-transfer kinetics: The nature of donor-acceptor interactions". Chemical Reviews. 91 (5): 767–792. doi:10.1021/cr00005a007.
↑ Marcus, Rudolph A. (1993). "Electron transfer reactions in chemistry. Theory and experiment". Reviews of Modern Physics. 65 (3): 599–610. Bibcode:1993RvMP...65..599M. doi:10.1103/RevModPhys.65.599.
↑ DeVault, D. (1984) Quantum Mechanical Tunneling in Biological Systems; Cambridge University Press: Cambridge.
↑ Engineering360. "Electrodes and Electrode Materials Selection Guide: Types, Features, Applications". www.globalspec.com.

[Nobel-1] "Electron Transfer Reactions in Chemistry: Theory and Experiment". Nobelstiftung. 8 December 1992. Retrieved 2 April 2007.

[2] "Marcus Theory for Electron Transfer". 12 December 2020. Retrieved 24 January 2021.

[3] Newton, Marshall D. (1991). "Quantum chemical probes of electron-transfer kinetics: The nature of donor-acceptor interactions". Chemical Reviews. 91 (5): 767–792. doi:10.1021/cr00005a007.

[4] Marcus, Rudolph A. (1993). "Electron transfer reactions in chemistry. Theory and experiment". Reviews of Modern Physics. 65 (3): 599–610. Bibcode:1993RvMP...65..599M. doi:10.1103/RevModPhys.65.599.

[5] DeVault, D. (1984) Quantum Mechanical Tunneling in Biological Systems; Cambridge University Press: Cambridge.

[6] Engineering360. "Electrodes and Electrode Materials Selection Guide: Types, Features, Applications". www.globalspec.com.

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