Stručný popis princípu batérie

V chemických batériách je priama premena chemickej energie na elektrickú energiu výsledkom spontánnych chemických reakcií, ako je oxidácia a redukcia vo vnútri batérie, ktoré sa vyskytujú na dvoch elektródach. Aktívny materiál zápornej elektródy sa skladá z redukčného činidla s relatívne negatívnym potenciálom a stabilného v elektrolyte, ako sú aktívne kovy, ako je zinok, kadmium, olovo a vodík alebo uhľovodíky. Aktívny materiál kladnej elektródy sa skladá z oxidantov s pozitívnym potenciálom a stabilných v elektrolyte, ako sú oxidy kovov, ako je oxid manganičitý, oxid olovnatý, oxid nikelnatý, kyslík alebo vzduch, halogény a ich soli, kyseliny obsahujúce kyslík a ich soli, atď. Elektrolyty sú materiály s dobrou iónovou vodivosťou, ako sú vodné roztoky kyselín, zásad, solí, organické alebo anorganické nevodné roztoky, roztavené soli alebo pevné elektrolyty. Keď je vonkajší obvod odpojený, hoci existuje potenciálny rozdiel (napätie naprázdno) medzi dvoma pólmi, nie je tam žiadny prúd a chemická energia uložená v batérii sa nepremieňa na elektrickú energiu. Keď je vonkajší obvod uzavretý, prúd preteká vonkajším obvodom v dôsledku potenciálneho rozdielu medzi dvoma elektródami. Zároveň je vo vnútri batérie v dôsledku absencie voľných elektrónov v elektrolyte prenos náboja nevyhnutne sprevádzaný oxidačnými alebo redukčnými reakciami na rozhraní medzi dvoma aktívnymi materiálmi a elektrolytom, ako aj migráciou reaktanty a reakčné produkty. Prenos náboja v elektrolytoch závisí aj od migrácie iónov. Preto sú normálne procesy nabíjania a prenosu látok vo vnútri batérie nevyhnutnými podmienkami na zabezpečenie normálneho výstupu elektrickej energie. Počas nabíjania je smer nabíjania a prenosu hmoty vo vnútri batérie presne opačný ako pri vybíjaní; Elektródová reakcia musí byť reverzibilná, aby sa zabezpečil normálny priebeh procesov spätného prenosu hmoty a náboja. Preto sú reverzibilné elektródové reakcie nevyhnutnou podmienkou pre konštrukciu batérie.
G je prírastok voľnej energie Gibbsovej reakcie (joule); F je Faradayova konštanta=96500 knižnice=26.8 ampér hodín; N je ekvivalentný počet reakcií batérie. Toto je základný termodynamický vzťah medzi elektromotorickou silou batérie a reakciou batérie a tiež základná termodynamická rovnica na výpočet účinnosti premeny energie batérie. V skutočnosti, keď prúd preteká elektródou, elektródový potenciál sa odchyľuje od termodynamického rovnovážneho elektródového potenciálu a tento jav sa nazýva polarizácia. Čím vyššia je hustota prúdu (prúd prechádzajúci jednotkovou oblasťou elektródy), tým silnejšia je polarizácia. Fenomén polarizácie je jedným z dôležitých dôvodov straty energie v batériách.