Anode

Schema einer Zinkanode in einer galvanischen Zelle. Man beachte, wie sich die Elektronen aus der Zelle herausbewegen und der konventionelle Strom in umgekehrter Richtung in sie hineinfließt. ⓘ

Eine Anode ist eine Elektrode, durch die der konventionelle Strom in ein gepoltes elektrisches Gerät eintritt. Im Gegensatz dazu steht die Kathode, eine Elektrode, durch die der konventionelle Strom ein elektrisches Gerät verlässt. Eine gebräuchliche Redewendung ist ACID, für "Anodenstrom in das Gerät". Die Richtung des konventionellen Stroms (der Fluss positiver Ladungen) in einem Stromkreis ist der Richtung des Elektronenflusses entgegengesetzt, so dass (negativ geladene) Elektronen aus der Anode einer galvanischen Zelle in einen äußeren oder externen Stromkreis fließen, der mit der Zelle verbunden ist. Sowohl in einer galvanischen Zelle als auch in einer elektrolytischen Zelle ist die Anode die Elektrode, an der die Oxidationsreaktion stattfindet. ⓘ

In einer elektrolytischen Zelle ist die Anode der Draht oder die Platte mit der überschüssigen positiven Ladung. Folglich neigen Anionen dazu, sich zur Anode zu bewegen, wo sie oxidiert werden können. ⓘ

In der Vergangenheit wurde die Anode einer galvanischen Zelle auch als Zinkode bezeichnet, da sie in der Regel aus Zink bestand. ⓘ

Eine Anode (von griechisch ἄνοδος ánodos „Aufstieg“, wörtlich „Weg nach oben“) ist eine Elektrode, die beispielsweise aus einem Vakuum freie Elektronen aufnimmt oder aus einem Elektrolyten unter Elektronenaufnahme Anionen entlädt oder Kationen erzeugt, also Oxidationsreaktionen stattfinden lässt. Eine Anode entspricht somit einem Elektronenakzeptor bzw. verhält sich formal wie ein Oxidationsmittel. ⓘ

Ladungsfluss

Die Begriffe Anode und Kathode sind nicht durch die Spannungspolarität der Elektroden definiert, sondern durch die Richtung des Stroms durch die Elektrode. Eine Anode ist eine Elektrode, durch die konventioneller Strom (positive Ladung) aus einem externen Stromkreis in das Gerät fließt, während eine Kathode eine Elektrode ist, durch die konventioneller Strom aus dem Gerät fließt. Kehrt der Strom durch die Elektroden die Richtung um, wie es z. B. bei einer wiederaufladbaren Batterie während des Ladevorgangs der Fall ist, wird die Bezeichnung der Elektroden als Anode und Kathode umgekehrt. ⓘ

Der konventionelle Strom hängt nicht nur von der Bewegungsrichtung der Ladungsträger ab, sondern auch von deren elektrischer Ladung. Die Ströme außerhalb des Geräts werden in der Regel von Elektronen in einem Metallleiter getragen. Da Elektronen eine negative Ladung haben, ist die Richtung des Elektronenflusses entgegengesetzt zur Richtung des herkömmlichen Stroms. Folglich verlassen die Elektronen das Gerät über die Anode und treten über die Kathode in das Gerät ein. ⓘ

Die Definition von Anode und Kathode gilt nicht für elektrische Geräte wie Dioden und Vakuumröhren, bei denen die Bezeichnung der Elektroden feststeht und nicht vom tatsächlichen Ladungsfluss (Strom) abhängt. Bei diesen Geräten fließt in der Regel ein beträchtlicher Strom in eine Richtung, aber nur ein vernachlässigbarer Strom in die andere Richtung. Daher werden die Elektroden nach der Richtung dieses "Vorwärtsstroms" benannt. Bei einer Diode ist die Anode der Anschluss, durch den der Strom eintritt, und die Kathode ist der Anschluss, durch den der Strom austritt, wenn die Diode in Durchlassrichtung betrieben wird. Die Bezeichnungen der Elektroden ändern sich nicht, wenn der Strom in umgekehrter Richtung durch das Gerät fließt. In ähnlicher Weise kann in einer Vakuumröhre nur eine Elektrode Elektronen in die evakuierte Röhre emittieren, da sie durch einen Glühfaden beheizt wird, so dass Elektronen aus dem externen Stromkreis nur über die beheizte Elektrode in das Gerät gelangen können. Daher wird diese Elektrode dauerhaft als Kathode bezeichnet, und die Elektrode, durch die die Elektronen die Röhre verlassen, wird als Anode bezeichnet. ⓘ

Beispiele

Strom- und Elektronenrichtung bei einer Sekundärbatterie beim Entladen und Laden. ⓘ

Die Polarität der Spannung an einer Anode gegenüber der zugehörigen Kathode ist je nach Gerätetyp und Betriebsart unterschiedlich. In den folgenden Beispielen ist die Anode bei einem Gerät, das Energie liefert, negativ und bei einem Gerät, das Energie verbraucht, positiv: In einer sich entladenden Batterie oder galvanischen Zelle (Diagramm links) ist die Anode der negative Pol, da hier der herkömmliche Strom in die Zelle fließt. Dieser nach innen fließende Strom wird nach außen getragen, indem sich die Elektronen nach außen bewegen, wobei eine negative Ladung, die in eine Richtung fließt, elektrisch einer positiven Ladung entspricht, die in die entgegengesetzte Richtung fließt. ⓘ

In einer wiederaufladbaren Batterie oder einer Elektrolysezelle ist die Anode der positive Pol, der Strom von einem externen Generator erhält. Der Strom durch eine wiederaufladbare Batterie fließt in entgegengesetzter Richtung zum Stromfluss während der Entladung, d. h. die Elektrode, die während der Entladung der Batterie die Kathode war, wird während des Wiederaufladens der Batterie zur Anode. ⓘ

Diese Zweideutigkeit bei der Bezeichnung von Anode und Kathode führt in der Batterietechnik zu Verwirrung, da es notwendig ist, Anode und Kathode mit eindeutigen physikalischen Komponenten in Verbindung zu bringen. Üblicherweise wird die Elektrode einer Batterie, die beim Entladen Elektronen abgibt, als Anode oder negative (-) Elektrode und die Elektrode, die die Elektronen aufnimmt, als Kathode oder positive (+) Elektrode bezeichnet. ⓘ

Die Bezeichnung der physikalischen Elektroden als positive (+) oder negative (-) hat den zusätzlichen Vorteil, dass diese Terminologie sowohl für die Lade-/Entladebedingungen bei wiederaufladbaren Batterien als auch für die Elektrochemie und elektronische Geräte gleichermaßen gilt. ⓘ

Bei einer Diode ist die Anode der positive Anschluss an der Spitze des Pfeilsymbols (flache Seite des Dreiecks), durch den der Strom in das Gerät fließt. Beachten Sie, dass sich die Elektrodenbezeichnung bei Dioden immer nach der Richtung des Vorwärtsstroms richtet (die des Pfeils, in die der Strom "am leichtesten" fließt), selbst bei Typen wie Zener-Dioden oder Solarzellen, bei denen der Strom von Interesse ist, der umgekehrt fließt. ⓘ

In Vakuumröhren oder gasgefüllten Röhren ist die Anode der Anschluss, an dem der Strom in die Röhre eintritt. ⓘ

Etymologie

Das Wort wurde 1834 von William Whewell aus dem Griechischen ἄνοδος (anodos), "Aufstieg", abgeleitet, der von Michael Faraday wegen einiger neuer Namen konsultiert worden war, die für die Fertigstellung einer Arbeit über den kürzlich entdeckten Prozess der Elektrolyse benötigt wurden. In dieser Abhandlung erklärte Faraday, dass, wenn eine elektrolytische Zelle so ausgerichtet ist, dass der elektrische Strom den "sich zersetzenden Körper" (Elektrolyt) in einer Richtung "von Osten nach Westen durchläuft, oder, was diese Gedächtnisstütze verstärken wird, in der Richtung, in der sich die Sonne zu bewegen scheint", die Anode der Ort ist, an dem der Strom in den Elektrolyt eintritt, auf der Ostseite: "ano aufwärts, odos ein Weg; der Weg, auf dem die Sonne aufgeht". ⓘ

Die Verwendung von "Osten" als Bezeichnung für die Richtung "nach innen" (eigentlich "nach" → "Osten" → "Sonnenaufgang" → "nach oben") mag konstruiert erscheinen. Zuvor hatte Faraday, wie in der ersten oben zitierten Referenz erwähnt, den einfacheren Begriff "eisode" (die Tür, durch die der Strom eintritt) verwendet. Er änderte den Begriff in "die Ostelektrode" (andere Kandidaten waren "eastode", "oriode" und "anatolode"), um gegen eine mögliche spätere Änderung der Stromrichtungskonvention gefeit zu sein, deren genaue Art damals noch nicht bekannt war. Als Bezugspunkt diente ihm dabei die Richtung des Erdmagnetfeldes, die damals als unveränderlich galt. Er definierte seine willkürliche Ausrichtung der Zelle grundsätzlich so, dass der innere Strom parallel und in der gleichen Richtung wie eine hypothetische magnetisierende Stromschleife um den lokalen Breitengrad verlaufen würde, die ein magnetisches Dipolfeld induzieren würde, das wie das der Erde ausgerichtet ist. Damit wäre der interne Strom wie bereits erwähnt von Ost nach West verlaufen, aber im Falle einer späteren Änderung der Konvention wäre er von West nach Ost verlaufen, so dass die Ost-Elektrode nicht mehr der "Weg hinein" gewesen wäre. Daher wäre "Eisode" unpassend geworden, während "Anode" im Sinne von "Ostelektrode" im Hinblick auf die unveränderte Richtung des dem Strom zugrundeliegenden Phänomens korrekt geblieben wäre, das damals zwar unbekannt, aber seiner Meinung nach durch den magnetischen Bezug eindeutig definiert war. Im Nachhinein betrachtet war die Namensänderung unglücklich, nicht nur, weil die griechischen Wurzeln allein die Funktion der Anode nicht mehr erkennen lassen, sondern vor allem, weil wir heute wissen, dass die Richtung des Erdmagnetfeldes, auf der der Begriff "Anode" beruht, Umkehrungen unterworfen ist, während die Konvention der Stromrichtung, auf der der Begriff "Eisode" beruhte, keinen Grund hat, sich in Zukunft zu ändern. ⓘ

Seit der späteren Entdeckung des Elektrons wurde eine leichter zu merkende und dauerhaft korrekte, wenn auch historisch falsche Etymologie vorgeschlagen: Anode, aus dem Griechischen anodos, "Weg nach oben", "der Weg (nach oben) aus der Zelle (oder einem anderen Gerät) für Elektronen". ⓘ

Elektrolytische Anode

In der Elektrochemie ist die Anode der Ort, an dem die Oxidation stattfindet, und ist der Kontakt mit positiver Polarität in einer Elektrolysezelle. An der Anode werden Anionen (negative Ionen) durch das elektrische Potenzial gezwungen, chemisch zu reagieren und Elektronen abzugeben (Oxidation), die dann nach oben und in den Antriebskreislauf fließen. Mnemotechnik: LEO Red Cat (Verlust von Elektronen ist Oxidation, Reduktion findet an der Kathode statt), oder AnOx Red Cat (Anode Oxidation, Reduktion Kathode), oder OIL RIG (Oxidation ist Verlust, Reduktion ist Gewinn von Elektronen), oder römisch-katholisch und orthodox (Reduktion - Kathode, Anode - Oxidation), oder LEO der Löwe sagt GER (Verlust von Elektronen ist Oxidation, Gewinn von Elektronen ist Reduktion). ⓘ

Dieses Verfahren ist in der Metallveredelung weit verbreitet. Bei der Kupferraffination beispielsweise werden Kupferanoden, ein Zwischenprodukt aus den Öfen, in einer geeigneten Lösung (z. B. Schwefelsäure) elektrolysiert, um hochreine (99,99 %) Kathoden zu erhalten. Die nach diesem Verfahren hergestellten Kupferkathoden werden auch als Elektrolytkupfer bezeichnet. ⓘ

In der Vergangenheit wurden, wenn nicht reaktive Anoden für die Elektrolyse gewünscht wurden, Graphit (zu Faradays Zeiten Plumbago genannt) oder Platin gewählt. Sie erwiesen sich als die am wenigsten reaktiven Materialien für Anoden. Platin erodiert im Vergleich zu anderen Materialien sehr langsam, und Graphit zerbröckelt und kann in wässrigen Lösungen Kohlendioxid erzeugen, beteiligt sich aber ansonsten nicht an der Reaktion. ⓘ

Anode einer Batterie oder galvanischen Zelle

Galvanische Zelle ⓘ

In einer Batterie oder galvanischen Zelle ist die Anode die negative Elektrode, von der Elektronen in den äußeren Teil des Stromkreises abfließen. Intern fließen die positiv geladenen Kationen von der Anode weg (obwohl diese negativ ist und sie daher anziehen müsste, da das Elektrodenpotenzial in Bezug auf die Elektrolytlösung für das Anoden- und das Kathoden-Metall/Elektrolytsystem unterschiedlich ist); außerhalb der Zelle im Stromkreis werden die Elektronen jedoch durch den negativen Kontakt und somit durch den Stromkreis durch das Spannungspotenzial herausgedrückt, wie es zu erwarten wäre. Anmerkung: In einer galvanischen Zelle fließen im Gegensatz zu einer elektrolytischen Zelle keine Anionen zur Anode, da der interne Strom vollständig durch die von ihr wegfließenden Kationen erzeugt wird (siehe Zeichnung). ⓘ

Positive und negative Elektrode vs. Anode und Kathode bei einer Sekundärbatterie ⓘ

Die Batteriehersteller bezeichnen die negative Elektrode als Anode, insbesondere in ihrer Fachliteratur. Dies ist zwar technisch nicht korrekt, löst aber das Problem, welche Elektrode in einer Sekundärzelle (oder einem Akku) die Anode ist. Nach der traditionellen Definition wechselt die Anode zwischen den Lade- und Entladezyklen das Ende. ⓘ

Anode einer Vakuumröhre

Schnittdarstellung einer Trioden-Vakuumröhre, die die Platte (Anode) zeigt ⓘ

In elektronischen Vakuumgeräten, wie z. B. einer Kathodenstrahlröhre, ist die Anode der positiv geladene Elektronenkollektor. In einer Röhre ist die Anode eine positiv geladene Platte, die die von der Kathode abgegebenen Elektronen durch elektrische Anziehung auffängt. Außerdem beschleunigt sie den Fluss dieser Elektronen. ⓘ

Diode Anode

In einer Halbleiterdiode ist die Anode die P-dotierte Schicht, die zunächst Löcher an den Übergang liefert. Im Übergangsbereich verbinden sich die von der Anode gelieferten Löcher mit den aus dem N-dotierten Bereich gelieferten Elektronen, wodurch eine verarmte Zone entsteht. Da die P-dotierte Schicht dem verarmten Bereich Löcher zuführt, bleiben in der P-dotierten Schicht negative Dotierstoff-Ionen zurück ("P" für positive Ladungsträger-Ionen). Dadurch entsteht eine negative Grundladung an der Anode. Wird an die Anode der Diode vom Stromkreis aus eine positive Spannung angelegt, können mehr Löcher in den verarmten Bereich übertragen werden, wodurch die Diode leitfähig wird und Strom durch den Stromkreis fließen kann. Die Begriffe Anode und Kathode sollten nicht auf eine Zener-Diode angewendet werden, da sie je nach Polarität des angelegten Potenzials (d. h. der Spannung) einen Stromfluss in beide Richtungen zulässt. ⓘ

Opferanode

Opferanoden, die für den Korrosionsschutz einer Metallstruktur "on the fly" montiert werden ⓘ

Beim kathodischen Schutz wird eine Metallanode, die gegenüber der korrosiven Umgebung reaktiver ist als das zu schützende Metallsystem, mit dem geschützten System elektrisch verbunden. Dies hat zur Folge, dass die Metallanode anstelle des Metallsystems teilweise korrodiert oder sich auflöst. Ein Schiffsrumpf aus Eisen oder Stahl kann beispielsweise durch eine Zink-Opferanode geschützt werden, die sich im Seewasser auflöst und so verhindert, dass der Rumpf korrodiert. Opferanoden werden insbesondere für Systeme benötigt, bei denen durch fließende Flüssigkeiten eine statische Aufladung entsteht, wie z. B. bei Rohrleitungen und Wasserfahrzeugen. Opferanoden werden im Allgemeinen auch in Warmwasserspeichern verwendet. ⓘ

Um die Auswirkungen dieser zerstörerischen elektrolytischen Wirkung auf Schiffsrümpfe, deren Befestigungen und Unterwasserausrüstung zu verringern, entwickelte der Wissenschaftler und Ingenieur Humphry Davy 1824 das erste und bis heute am weitesten verbreitete System zum Schutz vor Elektrolyse in der Schifffahrt. Davy installierte Opferanoden aus einem elektrisch reaktionsfähigeren (weniger edlen) Metall, die am Schiffsrumpf befestigt und elektrisch verbunden wurden, um einen kathodischen Schutzkreis zu bilden. ⓘ

Ein weniger offensichtliches Beispiel für diese Art des Schutzes ist das Verfahren des Verzinkens von Eisen. Bei diesem Verfahren werden Eisenkonstruktionen (z. B. Zäune) mit einer Zinkschicht überzogen. Solange das Zink intakt bleibt, ist das Eisen vor Korrosion geschützt. Es ist unvermeidlich, dass die Zinkbeschichtung durch Risse oder physische Schäden beschädigt wird. In diesem Fall wirken korrosive Elemente als Elektrolyt und die Zink-Eisen-Kombination als Elektroden. Der daraus resultierende Strom sorgt dafür, dass die Zinkschicht zerstört wird, das Basiseisen aber nicht korrodiert. Eine solche Beschichtung kann eine Eisenstruktur einige Jahrzehnte lang schützen, aber sobald die Schutzschicht aufgebraucht ist, korrodiert das Eisen schnell. ⓘ

Wird dagegen Zinn zur Beschichtung von Stahl verwendet, so beschleunigt eine Verletzung der Beschichtung die Oxidation des Eisens. ⓘ

Anode mit gedrücktem Strom

Ein anderer kathodischer Schutz wird bei der Fremdstromanode verwendet. Sie besteht aus Titan und ist mit Mischmetalloxid beschichtet. Im Gegensatz zum Opferanodenstab muss die Fremdstromanode ihre Struktur nicht aufgeben. Bei dieser Technologie wird der kathodische Schutz durch einen externen Strom aus einer Gleichstromquelle erzeugt. Fremdstromanoden werden in größeren Strukturen wie Pipelines, Booten und Warmwasserbereitern eingesetzt. ⓘ

Geschichte

Zur Namensgebung durch Michael Faraday siehe faradaysche Gesetze. ⓘ