Elektroda Pengertian Fungsi dan Jenisnya

Istilah “elektrode” berasal dari dua kata dalam bahasa Yunani: ‘elektron’, yang berarti amber (sejenis resin fosil yang menghasilkan muatan listrik statis saat digosok), dan ‘hodos’, yang berarti jalan atau cara. Ini mencerminkan fungsinya sebagai penghantar arus listrik dari sumber ke titik lain.

Elektroda adalah bagian penting dari sel elektrokimia, yang mencakup baterai dan sel bahan bakar. Di dalam sel ini, reaksi kimia yang menghasilkan atau menggunakan listrik terjadi pada elektroda.

Sebagai anode, elektroda berperan dalam proses oksidasi, di mana elektron dilepaskan. Sebaliknya, sebagai katode, elektroda berperan dalam proses reduksi, di mana elektron diterima. Peran ini dapat berubah tergantung pada arah aliran listrik. Dalam baterai atau sel bahan bakar saat menghasilkan listrik, anode adalah elektroda di mana oksidasi terjadi, sedangkan katode adalah tempat reduksi terjadi. Namun, dalam proses seperti elektrolisis, arahnya berlawanan: anode adalah tempat reduksi dan katode adalah tempat oksidasi.

Ada berbagai jenis bahan yang dapat digunakan sebagai elektroda, tergantung pada aplikasinya. Ini dapat mencakup logam, semikonduktor, dan bahkan cairan dalam beberapa kasus (seperti dalam elektroda cair). Pilihan bahan ini akan mempengaruhi sifat dan efisiensi dari sel atau perangkat elektrokimia.

Fungsi Elektrode: Anode dan Katode

Dalam sel elektrokimia, elektrode bisa berfungsi sebagai anode atau katode, istilah yang juga diciptakan oleh Michael Faraday. Anode didefinisikan sebagai elektrode di mana elektron keluar dari sel elektrokimia dan proses oksidasi terjadi. Sementara itu, katode didefinisikan sebagai elektrode di mana elektron masuk ke dalam sel elektrokimia dan proses reduksi terjadi. Sebuah elektrode bisa berfungsi sebagai anode atau katode, tergantung pada tegangan listrik yang diberikan ke sel elektrokimia. Elektrode bipolar adalah jenis elektrode yang bisa berfungsi sebagai anode dalam satu sel elektrokimia dan katode dalam sel elektrokimia lainnya.

Pengukuran Potensial Aksi dengan Elektrode

Elektrode juga memiliki kemampuan untuk mentransfer arus ion ke penghantar elektron. Ini memungkinkannya digunakan untuk mengukur potensial aksi, yang penting dalam berbagai aplikasi, termasuk diagnostik medis. Bahan yang digunakan untuk membuat elektrode dalam konteks ini biasanya logam, seperti tembaga dan perak.

Dalam konteks pengukuran potensial aksi pada manusia, cairan tubuh berfungsi sebagai elektrolit dan menciptakan potensial listrik ketika berinteraksi dengan elektrode. Elektrode tembaga biasanya dihubungkan ke tangan seseorang, sementara instrumen pengukuran dihubungkan ke elektrode perak. Hasil pengukuran ini merepresentasikan perpindahan elektron pada elektrode perak.

Dalam praktiknya, pengukuran potensial aksi ini membutuhkan tegangan listrik yang sangat kecil, mendekati 0 volt. Selain itu, penting untuk memastikan bahwa elektrode yang digunakan untuk pengukuran pada pasien adalah steril dan tidak mengandung racun. Oleh karena itu, bahan yang umum digunakan adalah perak, sering kali dilapisi dengan lapisan tipis perak klorida untuk meningkatkan stabilitas dan respons elektrode.

Material yang Digunakan dalam Pembuatan Elektroda

Bahan yang digunakan untuk membuat elektroda beragam, tergantung pada aplikasi dan tujuan penggunaannya. Beberapa material yang umum digunakan adalah sebagai berikut:

1. Logam: Logam seperti tembaga, perak, emas, platina, dan tungsten sering digunakan dalam pembuatan elektroda. Mereka memiliki konduktivitas listrik yang baik dan ketahanan terhadap korosi. Jenis logam yang digunakan dapat mempengaruhi sifat-sifat seperti overpotential dan kecepatan reaksi di elektroda.
2. Karbon: Karena ketahanannya terhadap korosi dan harganya yang relatif rendah, karbon juga sering digunakan sebagai bahan elektroda. Ini termasuk karbon grafit dan karbon berlian seperti yang digunakan dalam elektroda superkapasitor dan baterai.
3. Semikonduktor: Beberapa aplikasi, seperti sel surya dan detektor cahaya, menggunakan semikonduktor seperti silikon sebagai elektroda.
4. Komposit dan Lapisan: Dalam beberapa kasus, elektroda dapat terbuat dari komposit atau dilapisi dengan material lain untuk meningkatkan sifat-sifat tertentu. Misalnya, elektroda perak yang digunakan dalam pengukuran medis seringkali dilapisi dengan perak klorida.
5. Material Nanostruktur: Untuk aplikasi tertentu seperti penyimpanan energi dan sensor, material dengan struktur nano seperti nanotube karbon atau nanopartikel logam mungkin digunakan untuk membuat elektroda. Ini bisa meningkatkan luas permukaan dan meningkatkan efisiensi.
6. Material Polimer: Untuk aplikasi seperti elektroda fleksibel dan transparan, polimer konduktif atau polimer yang didoping dengan material konduktif lainnya bisa digunakan.

Memilih bahan yang tepat untuk elektroda adalah kunci untuk mendapatkan kinerja optimal dalam aplikasi tertentu. Faktor yang perlu dipertimbangkan termasuk konduktivitas, stabilitas kimia dan termal, biokompatibilitas (untuk aplikasi medis), dan biaya.

Jenis-Jenis Elektroda Berdasarkan Bentuk

Selain bahan dan fungsi, elektroda juga dapat dibedakan berdasarkan bentuknya. Berikut beberapa jenis elektroda berdasarkan bentuknya:

1. Elektroda Batang: Mungkin bentuk elektroda yang paling umum, elektroda batang biasanya digunakan dalam pengelasan dan elektrolisis. Mereka biasanya terbuat dari logam atau karbon, dan berbentuk batang lurus.
2. Elektroda Cakram: Elektroda cakram, seperti namanya, memiliki bentuk cakram atau lingkaran. Mereka sering digunakan dalam aplikasi elektrokimia dan pengukuran potensioks.
3. Elektroda Jarum: Elektroda jarum memiliki ujung yang sangat tajam dan digunakan dalam aplikasi medis seperti elektromiografi dan elektroensefalogram. Mereka juga digunakan dalam mikroskopi gaya atom.
4. Elektroda Membran atau Film Tipis: Elektroda jenis ini biasanya terbuat dari semikonduktor atau logam dan digunakan dalam sel surya dan sensor gas.
5. Elektroda Kerucut dan Mikroelektroda: Elektroda ini memiliki ujung yang sangat kecil dan digunakan dalam aplikasi spesifik seperti pengukuran pH mikro dan neurofisiologi.
6. Elektroda Spon: Bentuk ini umumnya digunakan dalam sistem penyimpanan energi seperti baterai dan superkapasitor, dimana struktur spon membantu meningkatkan kapasitas penyimpanan energi.
7. Elektroda Pelat: Umumnya digunakan dalam baterai dan kapasitor, elektroda pelat memiliki bentuk datar dan lebar.

Dampak Lingkungan dari Produksi Elektroda

Produksi elektroda memiliki beberapa dampak signifikan terhadap lingkungan, yang sebagian besar berasal dari pertambangan dan pemrosesan bahan yang digunakan untuk membuat elektroda. Berikut ini beberapa dampak tersebut:

1. Pertambangan: Ekstraksi bahan baku, seperti logam dan mineral, seringkali melibatkan proses penambangan yang bisa memiliki dampak lingkungan yang besar. Ini bisa termasuk penghancuran habitat alami, erosi tanah, dan polusi air dan udara dari proses penggalian dan pemrosesan.
2. Konsumsi Energi: Produksi elektroda juga membutuhkan energi yang signifikan, yang bisa berkontribusi terhadap emisi gas rumah kaca jika energi tersebut berasal dari sumber yang tidak ramah lingkungan.
3. Pembuangan Limbah: Proses produksi elektroda seringkali menghasilkan limbah yang bisa berbahaya jika tidak ditangani dengan baik. Ini bisa termasuk bahan kimia beracun yang digunakan dalam pemrosesan dan pembersihan bahan baku.
4. Penggunaan dan Pembuangan Elektroda: Setelah elektroda digunakan, mereka perlu dibuang. Jika tidak dibuang dengan benar, mereka bisa merusak lingkungan dan membahayakan kesehatan manusia. Beberapa elektroda, terutama yang terbuat dari logam berat, bisa beracun.

Pemanfaatan Elektroda dalam Berbagai Bidang

Elektroda digunakan dalam berbagai bidang dan memiliki berbagai aplikasi. Berikut adalah beberapa contohnya:

Elektrokoagulasi:

Elektrokoagulasi adalah proses penggunaan arus listrik untuk mengobati berbagai kondisi medis. Dalam prosedur ini, elektroda digunakan untuk mengirimkan arus listrik ke area tertentu dalam tubuh. Proses ini menyebabkan koagulasi (penggumpalan) protein, yang bisa membantu menghentikan pendarahan atau menghancurkan jaringan yang tidak diinginkan. Elektrokoagulasi sering digunakan dalam prosedur dermatologi dan bedah.

Potensiometri:

Potensiometri adalah metode pengukuran voltase elektrokimia antara dua elektroda. Dalam konteks ini, elektroda digunakan sebagai sensor yang bisa mendeteksi perubahan potensial listrik dalam larutan. Ini digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk analisis kimia, penentuan pH, dan monitoring lingkungan.

Terapi Elektroda:

Elektroda juga digunakan dalam berbagai terapi, termasuk terapi listrik transkutan (TENS) dan terapi elektrokonvulsif (ECT). Dalam TENS, elektroda digunakan untuk mengirimkan pulsa listrik ke saraf tertentu untuk mengurangi rasa sakit. Dalam ECT, elektroda digunakan untuk mengirimkan arus listrik ke otak untuk merangsang aktivitas saraf dan mengobati kondisi seperti depresi berat.

Metode Geolistrik:

Dalam metode geolistrik, elektroda digunakan untuk mengirim dan menerima arus listrik melalui tanah. Dengan memantau perubahan dalam konduktivitas listrik, ilmuwan bisa mendapatkan informasi tentang struktur dan komposisi bawah tanah. Ini bisa digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk eksplorasi mineral dan minyak, arkeologi, dan pemantauan lingkungan.

Elektroda adalah komponen penting dalam berbagai teknologi dan memiliki potensi untuk terus memberikan kontribusi penting dalam berbagai bidang. Dengan penelitian dan pengembangan yang terus menerus, penggunaan elektroda mungkin akan terus berkembang dan berubah di masa depan.