Elektrode

Eine Elektrode [elɛkˈtroːdə] (von altgriechisch ηλεκτρόν elektron, „Bernstein“, i. ü. S. „elektrisch“, und ὁδός hodós, „Weg“) ist ein Elektronenleiter, der zusammen mit einer Gegenelektrode (Anode – Kathode) mit einem Medium, das sich zwischen beiden Elektroden befindet, in Wechselwirkung steht. Elektroden bestehen aus elektrischen Leitern, meist einem Metall oder Graphit. Sie dienen dazu, nicht elektronenleitende Bereiche mit Kabeln zu verbinden, und werden dazu beispielsweise angewendet:

• in elektrochemischen Elementen
• als Werkzeug (z. B. beim Widerstandspunktschweißen) und ggf. Materialspender beim Elektroschweißen
• als Anschlüsse und elektronenoptische Elemente in Elektronenröhren.

Über die elektrische Funktion hinaus kann Elektrodenmaterial abgeschieden oder verbraucht werden, oder in der Elektrode können physikalische Prozesse stattfinden wie in der Anode einer Röntgenröhre.

Elektroden im Gas oder Vakuum oder mit Isolator

Glühelektrode in einer Gasentladungs­lampe

Je nach Art des Mediums, das die Elektrode umgibt, kommt es zu unterschiedlichen Formen der Wechselwirkung:

• Ist das Medium ein Isolator, so baut sich zwischen den Elektroden ein elektrisches Feld auf. Diese Konfiguration wird Kondensator genannt. Siehe hierzu jedoch auch stille elektrische Entladung.
• Ist das Medium ein Vakuum oder ein Gas, so baut sich wie im Falle des Isolators ein elektrisches Feld zwischen den Elektroden auf. Jedoch können sich Elektronen von einer Elektrode, der Kathode, zur anderen, der Anode, bewegen, wenn der Austritt aus der Kathode ermöglicht wird, z. B. durch Feldemission oder thermische Emission bzw. den Edison-Richardson-Effekt, wie dies bei verschiedenen Elektronenröhren mit Glühkathoden der Fall ist.
• Ist das Medium ein Gas, dann werden die Atome bzw. Moleküle des Gases teilweise ionisiert, so dass ein Plasma entsteht. Im Plasma bewegen sich neben den Elektronen auch die Ionen im elektrischen Feld, wie bei einer Gasentladungslampe. Auch die Elektroden der Zündkerzen, die Schweißelektroden beim Elektroschweißen und die Elektroden im Inneren der Düse beim Plasma-Schmelzschneiden fallen in diese Kategorie. Die Schweißelektroden erzeugen beim Schweißen einen Lichtbogen mit dem zu schweißenden Material. In der Hitze des Lichtbogens schmelzen beide, und die Elektrode dient als Zusatzwerkstoff, so dass die Materialien verbunden werden.

Elektrochemische Elektroden

Hier ist das Medium, das an die Elektrode grenzt, ein flüssiger oder fester Ionenleiter, der Elektrolyt. Durch Oxidations- und Reduktions-Reaktionen oder durch eine äußere Spannung baut sich an der Elektrode ein elektrochemisches Potential auf.

Man unterscheidet vier Typen von Elektroden, je nach Art der Abhängigkeit des Potentials von der Konzentration des Elektrolyten:

1. Elektroden erster Art
2. Elektroden zweiter Art, bei denen Feststoffe an der Reaktion beteiligt sind
3. Redox-Elektroden; hier treten keine Metallionen durch die Phasengrenzen, sondern Elektronen. Das Metall selbst wird dabei nicht angegriffen, da kein Stofftransport durch die Phasengrenzen stattfindet.
4. Ionenselektive Elektroden, bei denen das Potential im Idealfall von der Konzentration nur eines bestimmten Ions abhängt.

Schließt man zwei Elektroden, die in unterschiedlich konzentrierte Elektrolytlösungen tauchen oder aus unterschiedlichen Materialien bestehen, über einen Stromkreis aneinander, so erhält man ein galvanisches Element. Zwischen den Elektroden ist eine Spannung messbar, die aus der Potentialdifferenz resultiert und die Quellenspannung oder „reversible Zellspannung“ genannt wird. Solch eine Anordnung kann Strom abgeben (Batterie).

Durch Zuschalten einer äußeren Spannung laufen andere chemische Reaktionen an den Elektroden ab (Elektrolyse).

Die Elektroden können aus Metallen oder Halbleitern bestehen, z. B. auch aus Graphit, Glaskohlenstoff, und können flüssig (Quecksilber) oder fest sein.

Eine zum Korrosionsschutz verwendete Elektrode ist die Opferanode.

In der Brennstoffzelle, bei Gassensoren sowie bei einigen Batterien wird die Gasdiffusionselektrode eingesetzt.