電極は、さまざまな電気・電気化学システムの基本的な構成要素である。
これらのシステムには、電池、電気分解プロセス、分析化学アプリケーションなどが含まれる。
電極材料の選択は、これらのシステムの性能、安定性、効率に影響を与えるため、極めて重要である。
理想的な電極材料は、一般的に安価で、毒性がなく、機械的に安定で、様々な形状に加工できるものである。
また、高表面積や低抵抗などの優れた電気化学的特性を示す必要がある。
電極材料を選ぶ際に考慮すべき5つのポイント
1.電極材料の一般的特性
電極材料は、効率的な電子移動を促進するために、優れた電気伝導体でなければならない。
電極材料は、温度、圧力、溶媒への暴露など、さまざまな条件下で安定でなければならない。
ロッド、ワイヤー、プレート、発泡体、メッシュなど、さまざまな形状の電極を作るために、材料は可鍛性でなければならない。
実用上および環境上の理由から、安価で無害な材料が望ましい。
2.一般的な電極材料
白金、金、銅は、その優れた導電性と安定性により、一般的に使用されている。
カーボンフェルト、カーボンクロス、グラファイトのような炭素系材料は、表面積が大きく安価なため人気がある。
白金化プラチナのような、支持体と電気活性コーティングを組み合わせた電極もある。
3.用途と特定材料
アモルファスカーボン、金、白金は、分析化学用の典型的な選択肢である。pH測定にはガラス電極が使用される。
電極材料の選択は、電池の種類によって大きく異なる。例えば、鉛電池は鉛電極を使用し、リチウムポリマー電池は可動性リチウムイオンを含むポリマーマトリックスを使用します。
電気エネルギーは、塩や鉱石を金属に変換するために使用され、多くの場合、金属電極を使用する。
4.特殊な電極材料
補助電極は、主要な電気化学反応を妨げないように、金、白金、炭素のような電気化学的に不活性な材料から作られる。
回転リングディスク電極（RRDE）は、通常、金、白金、またはグラッシーカーボンから作られ、グラッシーカーボンは電極触媒活性が低いため、電極触媒測定によく使用される。
5.表面積に関する考察
カーボンフェルトや白金化プラチナのような材料は、高い表面積を提供し、特に有機溶媒中では、電流密度とセル電位を下げるのに有益である。
表面積は劇的に変化し、多孔質材料は平滑電極に比べてはるかに高い表面積を提供する。
課題と今後の方向性
グラッシーカーボンのような一部の材料は、高い酸化電位で溶解する可能性があり、特定の用途での使用が制限される。
金やプラチナのような一般的な材料は効果的ではあるが、そのコストや入手性が制限要因となりうる。
応用範囲を広げ、性能を向上させるために、新しい電極材料や改良された電極材料が絶えず必要とされている。
まとめると、電極材料の選択は、効率的で信頼性の高い電気化学システムを設計する上で重要な側面である。
材料の選択は、導電性、安定性、成形性、コストなどの要素を考慮し、特定の用途に依存する。
新しい材料を発見し、既存の材料を様々な電気化学用途に最適化するためには、継続的な研究開発が不可欠です。
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