Scurtă descriere a principiului bateriei

În bateriile chimice, conversia directă a energiei chimice în energie electrică este rezultatul reacțiilor chimice spontane, cum ar fi oxidarea și reducerea în interiorul bateriei, care au loc pe doi electrozi. Materialul activ al electrodului negativ este compus dintr-un agent reducător cu un potențial relativ negativ și stabil în electrolit, cum ar fi metale active precum zinc, cadmiu, plumb și hidrogen sau hidrocarburi. Materialul activ al electrodului pozitiv este compus din oxidanți cu potențial pozitiv și stabili în electrolit, cum ar fi oxizi metalici precum dioxidul de mangan, dioxidul de plumb, oxidul de nichel, oxigenul sau aerul, halogenii și sărurile acestora, acizii care conțin oxigen și sărurile acestora, etc. Electroliții sunt materiale cu conductivitate ionică bună, cum ar fi soluții apoase de acizi, baze, săruri, organice sau anorganice soluții neapoase, săruri topite sau electroliți solizi. Când circuitul extern este deconectat, deși există o diferență de potențial (tensiune în circuit deschis) între cei doi poli, nu există curent, iar energia chimică stocată în baterie nu este convertită în energie electrică. Când circuitul extern este închis, curentul trece prin circuitul extern datorită diferenței de potențial dintre cei doi electrozi. În același timp, în interiorul bateriei, din cauza absenței electronilor liberi în electrolit, transferul de sarcină este însoțit inevitabil de reacții de oxidare sau de reducere la interfața dintre cele două materiale active și electrolit, precum și de migrarea reactanți și produși de reacție. Transferul de sarcină în electroliți se bazează și pe migrarea ionilor. Prin urmare, procesele normale de încărcare și transfer de substanțe în interiorul bateriei sunt condiții necesare pentru a asigura producția normală de energie electrică. În timpul încărcării, direcția de încărcare și transferul de masă în interiorul bateriei este exact opusă celei de descărcare; Reacția electrodului trebuie să fie reversibilă pentru a asigura desfășurarea normală a proceselor de transfer invers de masă și sarcină. Prin urmare, reacțiile reversibile ale electrozilor sunt o condiție necesară pentru construirea unei baterii.
G este incrementul de energie liberă a reacției Gibbs (jouli); F este constanta Faraday=96500 library=26.8 amperi ore; N este numărul echivalent de reacții ale bateriei. Aceasta este relația termodinamică fundamentală dintre forța electromotoare a bateriei și reacția bateriei și, de asemenea, ecuația termodinamică de bază pentru calcularea eficienței conversiei energiei bateriei. De fapt, atunci când curentul trece printr-un electrod, potențialul electrodului se abate de la potențialul electrodului de echilibru termodinamic, iar acest fenomen se numește polarizare. Cu cât densitatea de curent este mai mare (curentul care trece printr-o zonă de electrod unitară), cu atât polarizarea este mai severă. Fenomenul de polarizare este unul dintre motivele importante ale pierderii de energie în baterii.