Kort beskrivning av batteriprincipen

I kemiska batterier är den direkta omvandlingen av kemisk energi till elektrisk energi resultatet av spontana kemiska reaktioner som oxidation och reduktion inuti batteriet, som sker på två elektroder. Det aktiva materialet för negativ elektrod är sammansatt av ett reduktionsmedel med en relativt negativ potential och stabil i elektrolyten, såsom aktiva metaller såsom zink, kadmium, bly och väte eller kolväten. Det aktiva elektrodmaterialet är sammansatt av oxidanter med positiv potential och stabila i elektrolyten, såsom metalloxider som mangandioxid, blydioxid, nickeloxid, syre eller luft, halogener och deras salter, syrehaltiga syror och deras salter, etc. Elektrolyter är material med god jonledningsförmåga, såsom vattenlösningar av syror, baser, salter, organiska eller oorganiska icke-vattenhaltiga lösningar, smälta salter eller fasta elektrolyter. När den externa kretsen är frånkopplad, även om det finns en potentialskillnad (öppen kretsspänning) mellan de två polerna, finns det ingen ström, och den kemiska energin som lagras i batteriet omvandlas inte till elektrisk energi. När den externa kretsen är sluten flyter ström genom den externa kretsen på grund av potentialskillnaden mellan de två elektroderna. Samtidigt, inuti batteriet, på grund av frånvaron av fria elektroner i elektrolyten, åtföljs överföringen av laddning oundvikligen av oxidations- eller reduktionsreaktioner vid gränsytan mellan de två aktiva materialen och elektrolyten, såväl som migration av reaktanter och reaktionsprodukter. Överföringen av laddning i elektrolyter är också beroende av migration av joner. Därför är de normala laddnings- och ämnesöverföringsprocesserna inuti batteriet nödvändiga förutsättningar för att säkerställa normal utmatning av elektrisk energi. Under laddning är laddningsriktningen och massöverföringen inuti batteriet exakt motsatt den för urladdning; Elektrodreaktionen måste vara reversibel för att säkerställa det normala förloppet av omvända mass- och laddningsöverföringsprocesser. Därför är reversibla elektrodreaktioner ett nödvändigt villkor för att konstruera ett batteri.
G är ökningen av Gibbs reaktionsfria energi (joule); F är Faradays konstant=96500 bibliotek=26.8 amperetimmar; N är det ekvivalenta antalet batterireaktioner. Detta är det grundläggande termodynamiska förhållandet mellan batteriets elektromotoriska kraft och batterireaktion, och även den grundläggande termodynamiska ekvationen för att beräkna batteriets energiomvandlingseffektivitet. Faktum är att när ström flyter genom en elektrod avviker elektrodpotentialen från den termodynamiska jämviktselektrodpotentialen, och detta fenomen kallas polarisation. Ju högre strömtäthet (strömmen som passerar genom en enhetselektrodarea), desto svårare blir polariseringen. Polariseringsfenomen är en av de viktiga orsakerna till energiförlust i batterier.