Kort beskrivelse av batteriprinsippet

I kjemiske batterier er direkte konvertering av kjemisk energi til elektrisk energi et resultat av spontane kjemiske reaksjoner som oksidasjon og reduksjon inne i batteriet, som skjer på to elektroder. Det negative elektrodeaktive materialet er sammensatt av et reduksjonsmiddel med et relativt negativt potensial og stabilt i elektrolytten, slik som aktive metaller som sink, kadmium, bly og hydrogen eller hydrokarboner. Det positive elektrodeaktive materialet er sammensatt av oksidanter med positivt potensial og stabile i elektrolytten, slik som metalloksider som mangandioksid, blydioksid, nikkeloksid, oksygen eller luft, halogener og deres salter, oksygenholdige syrer og deres salter, etc. Elektrolytter er materialer med god ionisk ledningsevne, slik som vandige løsninger av syrer, baser, salter, organiske eller uorganiske ikke-vandige løsninger, smeltede salter eller faste elektrolytter. Når den eksterne kretsen er frakoblet, selv om det er en potensialforskjell (åpen kretsspenning) mellom de to polene, er det ingen strøm, og den kjemiske energien som er lagret i batteriet omdannes ikke til elektrisk energi. Når den eksterne kretsen er lukket, flyter strøm gjennom den eksterne kretsen på grunn av potensialforskjellen mellom de to elektrodene. Samtidig, inne i batteriet, på grunn av fraværet av frie elektroner i elektrolytten, er overføringen av ladning uunngåelig ledsaget av oksidasjons- eller reduksjonsreaksjoner i grensesnittet mellom de to aktive materialene og elektrolytten, samt migrering av reaktanter og reaksjonsprodukter. Overføringen av ladning i elektrolytter er også avhengig av migrering av ioner. Derfor er de normale ladnings- og stoffoverføringsprosessene inne i batteriet nødvendige forhold for å sikre normal utgang av elektrisk energi. Under lading er laderetningen og masseoverføringen inne i batteriet nøyaktig motsatt av utladingsretningen; Elektrodereaksjonen må være reversibel for å sikre normal fremdrift av reverserte masse- og ladningsoverføringsprosesser. Derfor er reversible elektrodereaksjoner en nødvendig betingelse for å konstruere et batteri.
G er Gibbs reaksjonsfri energitilvekst (joule); F er Faraday konstant=96500 bibliotek=26.8 amperetimer; N er det ekvivalente antallet batterireaksjoner. Dette er det grunnleggende termodynamiske forholdet mellom batterielektromotorisk kraft og batterireaksjon, og også den grunnleggende termodynamiske ligningen for beregning av batterienergikonverteringseffektivitet. Faktisk, når strømmen flyter gjennom en elektrode, avviker elektrodepotensialet fra det termodynamiske likevektselektrodepotensialet, og dette fenomenet kalles polarisering. Jo høyere strømtetthet (strømmen som går gjennom et enhetselektrodeområde), desto mer alvorlig er polarisasjonen. Polarisasjonsfenomen er en av de viktige årsakene til energitap i batterier.