Elektrodenfelder

Elektrodenfelder beschreibt die räumliche Verteilung von elektrischem Potential und elektrischer Feldstärke, die durch Elektroden in einem leitenden Medium erzeugt wird. Sie sind zentral für Anwendungen in der Elektrochemie, der Biomedizin (zum Beispiel in der neuronalen Stimulation oder der Elektrotherapie) sowie in der Energie- und Speichertechnik. Die Feldverteilung hängt von Geometrie, Materialeigenschaften des Mediums und der Grenzschicht an der Elektrodenoberfläche ab.

In der Elektrochemie entsteht das Feld durch das angelegte Potential zwischen Elektroden in einem Elektrolyten. Wichtige Einflussgrößen sind die Geometrie der Elektroden, der Widerstand des Mediums, die Ionenkonzentration sowie Prozesse an der Elektrodenoberfläche wie Redoxreaktionen und die elektrische Doppelschicht. Lokale Feldstärkespitzen treten bei scharfen Geometrien auf und können unerwünschte Reaktionen fördern oder die Effizienz beeinflussen.

Im biomedizinischen Kontext sind Elektrodenfelder entscheidend für Stimulationsmethoden wie transkranieller Gleichstromstimulation (tDCS), tiefe Hirnstimulation (DBS) oder reversible Gewebetätigkeiten. Die Verteilung des Feldes hängt stark von der Gewebeleitfähigkeit, der Anordnung der Elektroden und der Geometrie des Schädel- bzw. Körperschnitts ab. Genaue Vorhersagen erfordern oft computergestützte Modelle.

Modelle und Messungen dienen der Planung, Optimierung und Sicherheit. Numerische Methoden wie die Finite-Elemente-Methode (FEM) simulieren die Feldverteilung in komplexen Geometrien, während experimentelle Messungen mit Spannungssensoren oder Impedanzspectroskopie ergänzen. Wichtige Begriffe sind die Elektrodenoberfläche, Grenzschichtdynamik, Leitfähigkeit des Mediums und Randbedingungen.