آند، کاتد یا قطب مثبت و منفی؟

یکی از پرسش‌های متداول که همیشه در زمینه‌ی باتری مطرح می‌شود، تفاوت آند و کاتد با قطب مثبت و منفی است. برای پاسخ دادن به این پرسش، ابتدا باید هر چهار مورد مطرح شده تعریف شوند. آنگاه اختلاف آنها ذکر خواهد شد.

در یک سل الکتروشیمیایی آند الکترودی است که در آن اکسیداسیون رخ می‌دهد یا به عبارت دیگر در آن الکترون آزاد می‌شود. با همین تعریف، کاتد الکترودی است که در کنار آن واکنش احیا صورت می‌گیرد یا به عبارت دیگر الکترون مصرف می‌شود. به‌عنوان مثال، چنانچه پیل دانیل (که از الکترودهای روی و مس تشکیل می‌شود) درنظر گرفته‌شود، در حالت دشارژ واکنش‌های زیر در کنار الکترودها صورت می‌گیرد:

• در کنار الکترود روی
  $$
  \ce{Zn -> Zn^{++} + 2 e-}
  $$
• و در کنار الکترود مس
  $$
  \ce{Cu^{++} + 2 e- -> Cu }
  $$

نیم‌واکنش الکترود روی نشان می‌دهد فلز روی اکسید شده و یون روی تولید می‌شود. در این واکنش، الکترون آزاد می‌شود و بنابراین الکترود روی حکم آند را دارد. از طرفی، در کنار الکترود مس، یون‌های مس با گرفتن الکترون، به فلز مس احیا می‌شود. به‌عبارت دیگر در کنار این الکترود، الکترون‌ها در حال مصرف هستند و لذا طبق تعریف این الکترود در حکم کاتد است.

اما چنانچه همین پیل با استفاده از یک منبع جریان شارژ شود، در کنار الکترودها، واکنش‌ها عکس می‌شوند. به عبارت دیگر هنگام شارژ، فرآیندهای زیر در کنار الکترودها صورت می‌گیرد:

• در کنار الکترود روی
  $$
  \ce{ Zn^{++} + 2 e- -> Zn}
  $$
• و در کنار الکترود مس
  $$
  \ce{Cu -> Cu^{++} + 2 e-}
  $$

در این حالت کاملاً مشخص است که جای آند و کاتد نسبت به حالت دشارژ عوض شده‌است. یعنی الکترود روی حکم کاتد و الکترود مس حکم آند را دارد زیرا در کنار الکترود مس الکترون آزاد شده و در کنار الکترود روی الکترون مصرف می‌شود. از طرفی، علاوه بر آند و کاتد، الکترودها را به اسم‌های قطب مثبت و منفی هم نامگذاری می‌کنند. قطب مثب همواره کاتد حین فرآیند دشارژ است و همچنین قطب منفی همواره آند در فرآیند دشارژ است. از آنجا که این تعریف صرفاً حالت دشارژ را مد نظر قرار می‌دهد، بدیهی است که هنگام فرآیند شارژ، در این نامگذاری تغییری ایجاد نخواهد شد. به عبارت دیگر هنگام شارژ و دشارژ، جای قطب‌های مثبت و منفی تغییر نخواهند کرد. برای پیل دانیل که در بالا مثال زده شد، قطب مثبت همواره الکترود مس است زیرا حین دشارژ، این الکترود در حکم کاتد بوده‌است. همچنین قطب منفی همواره الکترود روی است زیرا حین فرآیند دشارژ، الکترود روی همان آند بوده‌است.

از آنجا که در باتری‌ها جای آند و کاتد حین فرآیند شارژ و دشارژ تغییر می‌کند، سازندگان باتری کمتر از اصطلاح آند و کاتد استفاده می‌کنند. زیرا حین استفاده از این اصطلاح‌ها، همواره لازم است جهت شارژ و دشارژ هم ذکر شود. اما از آنجا که قطب مثبت و منفی همواره ثابت است و تغییر نمی‌کند، این دو اصطلاح در ادبیات سازندگان باتری، از محبوبیت بیشتری برخوردار شده‌اند. به همین دلیل سازندگان باتری، قطب‌های باتری را با علامت‌های مثبت و منفی نمایش می‌دهند. یعنی روی بدنه‌ی باتری علامت مثبت و منفی را حک می‌کنند. اما علامتی برای نمایش آند و کاتد وجود ندارد زیرا قطب مثبت در یک باتری همواره قطب مثبت باقی می‌ماند و همچنین است در مورد قطب منفی.