Кратко описание на принципа на батерията

В химическите батерии директното преобразуване на химическата енергия в електрическа енергия е резултат от спонтанни химични реакции като окисление и редукция вътре в батерията, които протичат на два електрода. Активният материал на отрицателния електрод се състои от редуциращ агент с относително отрицателен потенциал и стабилен в електролита, като активни метали като цинк, кадмий, олово и водород или въглеводороди. Активният материал на положителния електрод е съставен от окислители с положителен потенциал и стабилни в електролита, като метални оксиди като манганов диоксид, оловен диоксид, никелов оксид, кислород или въздух, халогени и техните соли, кислородсъдържащи киселини и техните соли, и др. Електролитите са материали с добра йонна проводимост, като водни разтвори на киселини, основи, соли, органични или неорганични неводни разтвори, разтопени соли или твърди електролити. Когато външната верига е прекъсната, въпреки че има потенциална разлика (напрежение на отворена верига) между двата полюса, няма ток и химическата енергия, съхранявана в батерията, не се преобразува в електрическа енергия. Когато външната верига е затворена, токът протича през външната верига поради потенциалната разлика между двата електрода. В същото време, вътре в батерията, поради липсата на свободни електрони в електролита, преносът на заряд неизбежно се придружава от реакции на окисляване или редукция на границата между двата активни материала и електролита, както и миграцията на реагенти и реакционни продукти. Преносът на заряд в електролитите също зависи от миграцията на йони. Следователно, нормалните процеси на заряд и пренос на вещество вътре в батерията са необходими условия за осигуряване на нормална продукция на електрическа енергия. По време на зареждане посоката на зареждане и пренос на маса вътре в батерията е точно противоположна на тази на разреждане; Електродната реакция трябва да бъде обратима, за да се осигури нормално протичане на процесите на обратен трансфер на маса и заряд. Следователно обратимите електродни реакции са необходимо условие за конструиране на батерия.
G е увеличението на свободната енергия от реакцията на Гибс (джаули); F е Фарадеева константа=96500 библиотека=26.8 амперчаса; N е еквивалентният брой реакции на батерията. Това е основната термодинамична връзка между електродвижещата сила на батерията и реакцията на батерията, както и основното термодинамично уравнение за изчисляване на ефективността на преобразуване на енергията на батерията. Всъщност, когато токът протича през електрод, електродният потенциал се отклонява от термодинамичния равновесен електроден потенциал и това явление се нарича поляризация. Колкото по-висока е плътността на тока (токът, преминаващ през единица електродна площ), толкова по-тежка е поляризацията. Феноменът на поляризация е една от важните причини за загуба на енергия в батериите.