Krótki opis zasady działania baterii

W akumulatorach chemicznych bezpośrednia konwersja energii chemicznej na energię elektryczną jest wynikiem spontanicznych reakcji chemicznych, takich jak utlenianie i redukcja wewnątrz akumulatora, zachodzących na dwóch elektrodach. Materiał aktywny elektrody ujemnej składa się ze środka redukującego o stosunkowo ujemnym potencjale i stabilnego w elektrolicie, takiego jak metale aktywne, takie jak cynk, kadm, ołów i wodór lub węglowodory. Materiał aktywny elektrody dodatniej składa się z utleniaczy o potencjale dodatnim i trwałych w elektrolicie, takich jak tlenki metali, takie jak dwutlenek manganu, dwutlenek ołowiu, tlenek niklu, tlen lub powietrze, halogeny i ich sole, kwasy zawierające tlen i ich sole, itp. Elektrolity to materiały o dobrej przewodności jonowej, takie jak wodne roztwory kwasów, zasad, soli, organiczne lub nieorganiczne roztwory niewodne, stopione sole lub elektrolity stałe. Kiedy obwód zewnętrzny jest odłączony, pomimo różnicy potencjałów (napięcia obwodu otwartego) pomiędzy dwoma biegunami, nie ma prądu, a energia chemiczna zmagazynowana w akumulatorze nie jest przekształcana w energię elektryczną. Kiedy obwód zewnętrzny jest zamknięty, prąd przepływa przez obwód zewnętrzny z powodu różnicy potencjałów między dwiema elektrodami. Jednocześnie wewnątrz akumulatora, ze względu na brak wolnych elektronów w elektrolicie, przenoszeniu ładunku nieuchronnie towarzyszą reakcje utleniania lub redukcji na styku dwóch materiałów aktywnych z elektrolitem, a także migracja reagenty i produkty reakcji. Przenoszenie ładunku w elektrolitach opiera się również na migracji jonów. Dlatego normalne procesy ładowania i przenoszenia substancji wewnątrz akumulatora są warunkami niezbędnymi do zapewnienia normalnej produkcji energii elektrycznej. Podczas ładowania kierunek ładowania i przenoszenia masy wewnątrz akumulatora jest dokładnie przeciwny do kierunku rozładowania; Reakcja elektrody musi być odwracalna, aby zapewnić prawidłowy przebieg procesów odwrotnego przenoszenia masy i ładunku. Dlatego odwracalne reakcje elektrodowe są warunkiem koniecznym do zbudowania baterii.
G to przyrost energii swobodnej reakcji Gibbsa (w dżulach); F to stała Faradaya=96500 biblioteka=26,8 amperogodzin; N jest równoważną liczbą reakcji baterii. Jest to podstawowa termodynamiczna zależność między siłą elektromotoryczną akumulatora a reakcją akumulatora, a także podstawowe równanie termodynamiczne do obliczania sprawności konwersji energii akumulatora. W rzeczywistości, gdy prąd przepływa przez elektrodę, potencjał elektrody odbiega od potencjału elektrody równowagi termodynamicznej i zjawisko to nazywa się polaryzacją. Im wyższa gęstość prądu (prąd przepływający przez obszar elektrody jednostkowej), tym silniejsza jest polaryzacja. Zjawisko polaryzacji jest jedną z ważnych przyczyn strat energii w akumulatorach.