애노드

애노드(anode)는 보통 관습적인 전류가 장치 내부로 들어가는 편향된 전기 장치의 전극을 말한다. 이는 관습적인 전류가 장치를 떠나는 전극인 캐소드와 대비된다. 일반적인 기억술로는 ACID(Anode Current Into Device, 애노드 전류는 장치 안으로)가 있다. 회로에서 관습적인 전류의 방향(양전하의 흐름)은 전자 흐름의 방향과 반대이므로, (음전하를 띤) 전자는 갈바니 전지의 애노드에서 전지에 연결된 외부 회로로 흘러나간다. 예를 들어, 가정용 건전지에서 +로 표시된 끝부분은 (방전 중일 때) 캐소드이다.

갈바니 전지와 전해전지 모두에서 애노드는 산화 반응이 일어나는 전극이다. 갈바니 전지에서 애노드는 산화 반응의 결과로 과잉 음전하를 갖는 와이어 또는 판이다. 전해전지에서 애노드는 외부에서 과잉 양전하가 가해지는 와이어 또는 판이다. 그 결과, 음이온은 애노드 쪽으로 이동하는 경향이 있으며 그곳에서 산화된다.

역사적으로 갈바니 전지의 애노드는 보통 아연으로 구성되었기 때문에 징코드(zincode)라고도 불렸다.

 전하 흐름 
애노드와 캐소드라는 용어는 전극의 전압 극성에 의해 정의되는 것이 아니라, 전극을 통과하는 전류의 방향에 의해 정의된다. 애노드는 보통 외부 회로로부터 관습적인 전류(양전하)가 장치 내부로 흘러 들어오는 전극이며, 캐소드는 관습적인 전류가 장치 밖으로 흘러 나가는 전극이다.

일반적으로, 이차 전지를 충전할 때와 같이 전극을 통과하는 전류의 방향이 바뀌면 애노드와 캐소드로서의 전극의 역할도 바뀐다. 그러나 다이오드나 진공관과 같은 전기 장치의 경우 애노드와 캐소드의 정의가 다르다. 이러한 장치에서는 전극의 명칭이 고정되어 있으며 실제 전하 흐름(전류)에 의존하지 않는다. 이러한 장치들은 보통 한 방향으로는 상당한 전류를 허용하지만 다른 방향으로는 무시할 만한 전류만을 허용한다. 따라서 전극은 이 순방향 전류의 방향에 따라 명명된다. 다이오드에서 애노드는 다이오드가 순방향 바이어스일 때 전류가 들어오는 단자이고 캐소드는 전류가 나가는 단자이다. 장치를 통해 역방향 전류가 흐르는 경우에도 전극의 이름은 바뀌지 않는다. 마찬가지로 진공관에서는 하나의 전극만이 진공관 내부로 전자를 열전기적으로 방출할 수 있으므로, 전자는 외부 회로에서 가열된 전극을 통해서만 장치로 들어올 수 있다. 따라서 이 전극은 영구적으로 캐소드라 불리며, 전자가 진공관을 나가는 전극은 애노드라 불린다.

관습적인 전류는 전하 운반자가 이동하는 방향뿐만 아니라 운반자의 전하에도 의존한다. 장치 외부의 전류는 보통 금속 도체 내의 전자에 의해 운반된다. 전자는 음전하를 띠기 때문에 전자의 흐름 방향은 관습적인 전류의 방향과 반대이다. 결과적으로 전자는 애노드를 통해 장치를 떠나고 캐소드를 통해 장치로 들어온다.

 예시 
관련된 캐소드에 대한 애노드의 전압 극성은 장치 유형과 작동 모드에 따라 달라진다. 다음 예시에서 애노드는 전력을 공급하는 장치에서는 음극이고, 전력을 소비하는 장치에서는 양극이다.

방전 중인 전지 또는 갈바니 전지(왼쪽 그림)에서 애노드는 음극 단자이다. 이곳은 관습적인 전류가 전지 내부로 흘러 들어가는 곳이다. 이 내부로 향하는 전류는 외부에서 밖으로 이동하는 전자에 의해 운반된다.

충전 중인 배터리 또는 전해전지에서 애노드는 외부 전위차원에 의해 가해지는 양극 단자이다. 충전 중인 배터리를 통과하는 전류는 방전 중의 전류 방향과 반대이다. 즉, 배터리 방전 시 캐소드였던 전극이 배터리 충전 시에는 애노드가 된다.

배터리 공학에서는 이차 전지의 한 전극을 배터리가 방전될 때 전극이 수행하는 역할에 따라 애노드라고 지정하고 다른 전극을 캐소드라고 지정하는 것이 일반적이다. 이는 배터리가 충전될 때 역할이 바뀜에도 불구하고 그러하다. 이 경우 애노드는 단순히 배터리의 음극 단자를 나타내고 캐소드는 양극 단자를 나타낸다.

다이오드에서 애노드는 화살표 기호의 꼬리 부분(삼각형의 평평한 면)으로 표시되는 단자로, 관습적인 전류가 장치 내부로 흘러 들어가는 곳이다. 제너 다이오드와 같이 주된 전류가 역방향 전류인 유형이라 하더라도, 다이오드의 전극 명칭은 항상 순방향 전류(전류가 가장 쉽게 흐르는 화살표 방향)의 방향을 기준으로 한다.

진공관이나 방전관에서 애노드는 전류가 관 내부로 들어가는 단자이다.

 어원 
이 단어는 1834년 그리스어 ἄ노도스(anodos, '상승')에서 유래하여 윌리엄 휴얼에 의해 만들어졌다. 그는 최근 발견된 전기 분해 과정에 관한 논문을 완성하기 위해 필요한 몇 가지 새로운 이름들에 대해 마이클 패러데이로부터 자문을 받았다. 그 논문에서 패러데이는 전해전지가 놓여 있어 전류가 "분해되는 물체"(전해질)를 "동쪽에서 서쪽으로, 또는 기억을 돕기 위해 태양이 움직이는 것처럼 보이는 방향"으로 가로지를 때, 애노드는 동쪽에서 전류가 전해질로 들어가는 곳이라고 설명했다. "ano는 위로, odos는 길; 태양이 뜨는 길"이라는 의미이다. 이 논문에서 패러데이는 전극, 애노드, 캐소드, 안이온, 카티온, 전해질, 전해라는 단어를 도입했다. 재판본

'안으로 들어가는' 방향을 의미하기 위해 '동쪽'을 사용한 것(실제로는 안으로 → 동쪽 → 일출 → 위로)은 다소 억지스러워 보일 수 있다. 이전에 패러데이는 더 직관적인 용어인 eisode(전류가 들어오는 문)를 사용했었다. 그가 이를 동쪽 전극을 의미하는 단어(다른 후보로는 eastode, oriode, anatolode가 있었다)로 바꾼 동기는, 당시에는 정확한 성질이 알려지지 않았던 전류의 방향 정의가 나중에 바뀔 가능성에 대비하기 위함이었다. 그가 이를 위해 사용한 기준은 당시에는 불변이라고 믿어지던 지구 자기장 방향이었다. 그는 전지의 임의적인 방향을, 내부 전류가 현지의 위도선을 따라 지구와 같은 자기 쌍극자 장을 유도하는 가상의 자화 전류 루프와 평행하고 같은 방향으로 흐르는 상태로 정의했다. 이로 인해 앞서 언급한 것처럼 내부 전류는 동쪽에서 서쪽으로 흐르게 되었지만, 만약 나중에 관습이 바뀌었다면 서쪽에서 동쪽으로 흐르게 되었을 것이고 동쪽 전극은 더 이상 들어오는 길이 아니게 되었을 것이다. 따라서 eisode는 부적절해졌겠지만, 동쪽 전극을 의미하는 애노드는 당시에는 알려지지 않았으나 자기적 기준에 의해 명확히 정의된다고 생각했던 실제 현상의 불변하는 방향에 대해 여전히 올바른 명칭으로 남았을 것이다. 돌이켜보면 이 이름 변경은 불행한 일이었다. 그리스어 어원만으로는 애노드의 기능을 더 이상 드러내지 못할 뿐만 아니라, 더 중요하게는 우리가 이제 알고 있듯이 애노드 용어의 기초가 된 지구 자기장 방향은 지구자기역전의 영향을 받는 반면, eisode 용어의 기초가 된 전류 방향 관습은 미래에 바뀔 이유가 없기 때문이다.

이후 전자가 발견되면서, 역사적으로는 틀리지만 기술적으로는 더 기억하기 쉽고 지속적으로 옳은 어원이 제안되었다. 그리스어 anodos에서 유래한 애노드는 위로 가는 길, 즉 전자가 전지(또는 다른 장치)에서 (위로) 나가는 길이라는 의미이다.

 전해 애노드 
전기화학에서 애노드는 산화가 일어나는 곳이며 전해전지에서 양극 접점이다. 애노드에서 음이온은 전위의 힘에 의해 화학 반응을 일으키고 전자를 내놓으며(산화), 이 전자는 위로 흘러 구동 회로로 들어간다. 기억술로는 LEO Red Cat(전자의 손실은 산화, 환원은 캐소드에서 발생), AnOx Red Cat(애노드 산화, 환원 캐소드), OIL RIG(산화는 손실, 환원은 전자의 얻음), 또는 LEO the lion says GER(전자를 잃는 것은 산화, 전자를 얻는 것은 환원) 등이 있다.

이 공정은 금속 정제에 널리 사용된다. 예를 들어, 구리 정제에서 용광로의 중간 생성물인 구리 애노드는 적절한 용액(예: 황산)에서 전기 분해되어 고순도(99.99%) 캐소드를 생성한다. 이 방법으로 생산된 구리 캐소드는 전해 구리라고도 불린다.

역사적으로 전기 분해를 위해 반응성이 없는 애노드가 필요할 때는 흑연(패러데이 시대에는 흑연(plumbago)이라 불림)이나 백금을 선택했다. 이들은 애노드 재료 중 반응성이 가장 낮은 재료로 밝혀졌다. 백금은 다른 재료에 비해 매우 천천히 부식되며, 흑연은 부스러지거나 수용액에서 이산화 탄소를 생성할 수 있지만 그 외에는 반응에 참여하지 않는다.

 배터리 또는 갈바니 전지 애노드 

전지 또는 갈바니 전지에서 애노드는 전자가 회로의 외부로 흘러 나가는 음극이다. 내부적으로 양전하를 띤 양이온은 애노드에서 멀어지는 방향으로 흐른다(애노드가 음극이므로 양이온을 끌어당길 것으로 예상되지만, 이는 애노드와 캐소드의 금속/전해질 시스템에 따른 전해질 용액에 대한 전극 전위의 차이 때문이다). 그러나 전지 외부 회로에서는 예상대로 전압 전위에 의해 전자가 음극 접점을 통해 밖으로 밀려 나간다.
배터리 제조업체는 특히 기술 문헌에서 음극을 애노드로 간주할 수 있다. 전기화학적 관점에서는 정확하지 않지만, 이는 이차 전지에서 어떤 전극이 애노드인지를 정하는 문제를 해결해 준다. 전통적인 정의를 사용하면 충전과 방전 주기 사이에서 애노드가 바뀐다.

 진공관 애노드 

브라운관과 같은 전자 진공 장치에서 애노드는 양전하를 띤 전자 수집기이다. 진공관에서 애노드는 전기적 인력을 통해 캐소드에서 방출된 전자를 수집하는 전하를 띤 양극판이다. 또한 이러한 전자의 흐름을 가속시킨다.

 다이오드 애노드 
다이오드 기호

반도체 다이오드에서 애노드는 P형 도핑 층으로, 처음에 접합부에 양공을 공급한다. 접합 영역에서 애노드가 공급한 양공은 N형 도핑 영역에서 공급된 전자와 결합하여 공핍층을 형성한다. P형 층이 공핍 영역에 양공을 공급함에 따라 음의 도판트 이온이 P형 층에 남게 된다. 이는 애노드에 기초 음전하를 형성한다. 회로에서 다이오드의 애노드에 양전압이 가해지면 더 많은 양공이 공핍 영역으로 이동할 수 있게 되며, 이로 인해 다이오드가 전도성을 갖게 되어 회로에 전류가 흐를 수 있게 된다. 애노드와 캐소드라는 용어는 가해진 전위(즉, 전압)의 극성에 따라 양방향으로 흐름을 허용하는 제너 다이오드에는 적용되어서는 안 된다.

 희생 양극 


음극 보호에서 보호 대상 금속 시스템보다 부식 환경에 더 반응성이 높은 금속 애노드가 보호 시스템에 전기적으로 연결된다. 그 결과, 금속 애노드가 금속 시스템 대신 부분적으로 부식되거나 용해된다. 예시로, 철 또는 강철로 된 배의 선체는 아연 희생 양극에 의해 보호될 수 있으며, 아연이 바닷물에 녹아 선체가 부식되는 것을 방지한다. 희생 양극은 파이프라인이나 선박과 같이 흐르는 액체의 작용으로 정전기가 발생하는 시스템에서 특히 필요하다. 희생 양극은 일반적으로 탱크형 온수기에도 사용된다.

1824년, 선체와 체결 부품 및 수중 장비에 미치는 파괴적인 전해 작용의 영향을 줄이기 위해 과학자이자 엔지니어인 험프리 데이비는 최초이자 오늘날에도 가장 널리 사용되는 해양 전기 분해 보호 시스템을 개발했다. 데이비는 선체에 전기적으로 더 반응성이 높은(덜 귀한) 금속으로 만든 희생 양극을 설치하고 전기적으로 연결하여 음극 보호 회로를 형성했다.

이러한 유형의 보호에 대한 덜 분명한 예는 철을 아연 도금하는 과정이다. 이 공정은 철 구조물(예: 울타리)을 아연 금속 층으로 코팅한다. 아연이 손상되지 않고 남아 있는 한 철은 부식의 영향으로부터 보호된다. 필연적으로 아연 코팅은 균열이나 물리적 손상에 의해 파손된다. 일단 파손이 발생하면 부식성 요소가 전해질 역할을 하고 아연/철 조합이 전극 역할을 한다. 결과적으로 발생하는 전류는 아연 코팅이 희생되도록 하지만 기재인 철은 부식되지 않도록 보장한다. 이러한 코팅은 수십 년 동안 철 구조물을 보호할 수 있지만, 보호 코팅이 다 소모되면 철은 급격히 부식된다.

반대로 주석을 사용하여 강철을 코팅하는 경우, 코팅의 파손이 발생하면 실제로는 철의 산화를 가속화시킨다.

 외부 전원식 애노드 
또 다른 음극 보호는 외부 전원식 애노드(impressed current anode)에 사용된다. 이것은 티타늄으로 만들어지며 혼합 금속 산화물로 덮여 있다. 희생 양극 봉과 달리 외부 전원식 애노드는 자신의 구조를 희생하지 않는다. 이 기술은 직류 전원에 의해 공급되는 외부 전류를 사용하여 음극 보호를 생성한다. 외부 전원식 애노드는 파이프라인, 보트, 도시 급수탑, 온수기 등과 같은 더 큰 구조물에 사용된다.

 관련 반의어 
애노드의 반대말은 캐소드이다. 장치를 통과하는 전류가 역전되면 전극의 기능이 바뀌어, 역방향 전류가 가해지는 동안 애노드는 캐소드가 되고 캐소드는 애노드가 된다. 예외는 다이오드로, 전극 명칭은 항상 순방향 전류 방향을 기준으로 한다.

 같이 보기 

 캐소드
 진공관
 음극선관
 광전 증폭관

 각주 

 외부 링크 
 캐소드와 애노드 - 네이버 캐스트

분류:전극