Ânodos e cátodos são o par de eletrodos central em sistemas de proteção contra corrosão. O casco de aço de um navio atua como cátodo e deve trabalhar com ânodos de sacrifício e proteção catódica: em conjuntos ânodo-cátodo de liga de alumínio, o ânodo se dissolve preferencialmente e fornece elétrons continuamente ao cátodo de aço. Dados de campo mostram que combinações otimizadas de ânodo-cátodo podem estabilizar o potencial do casco abaixo de -0,85 V. Para tubulações enterradas, ânodos e cátodos de liga de zinco requerem preenchimento condutivo para reduzir a resistividade do solo de >50 Ω·m para 1-5 Ω·m, garantindo proteção catódica uniforme da tubulação. A engenharia submarina verifica se sistemas ânodo-cátodo especialmente formulados atendem aos padrões internacionais sob alta pressão, comprovando que a confiabilidade do par decorre de uma correspondência eletroquímica precisa.
Baterias de íons de lítio dependem do movimento de íons de lítio entre ânodos e cátodos. Durante a descarga, os íons fluem do ânodo de grafite para o cátodo de óxido metálico; a carga reverte esse fluxo. Testes práticos confirmam: produtos de cátodo de enxofre em baterias de lítio-enxofre contaminam o ânodo metálico de lítio, causando perda de capacidade de mais de 50%. Resolver esse problema requer a inovação simultânea de ânodos e cátodos – utilizando ânodos porosos compostos de silício/carbono para aumentar a estabilidade, enquanto se adicionam revestimentos catalíticos aos cátodos para acelerar as reações. Cada ciclo de carga-descarga resulta da colaboração ânodo-cátodo; a falha de qualquer um deles destrói esse centro de energia.
Os saltos de desempenho em ânodos e cátodos dependem do acoplamento profundo entre material e ambiente. Em eletrolisadores de alumínio, ânodos de carbono tradicionais causam altas emissões de carbono durante o consumo, enquanto novas baterias utilizam coletores de corrente bifuncionais para otimizar as interfaces de ânodo e cátodo, alcançando eficiência de ciclo superior a 99%. Para sistemas de oxigênio lunar, ânodos de metal inerte em eletrolisadores de sal fundido liberam oxigênio de forma constante a 950 °C, enquanto o solo lunar sofre redução in situ no cátodo para produzir oxigênio — este sistema ânodo-cátodo atinge um rendimento de oxigênio de 10 kg/m²/dia. Durante a manutenção de navios, os módulos ânodo-cátodo consumíveis precisam ser substituídos quando o peso restante for de 30%; a engenharia de dutos precisa de grupos ânodo-cátodo a cada 50 metros para garantir um potencial uniforme. Do fundo do mar ao espaço sideral, a evolução da tecnologia ânodo-cátodo concentra-se em seus mecanismos colaborativos em cenários específicos.
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