Кратак опис принципа батерије

У хемијским батеријама, директна конверзија хемијске енергије у електричну је резултат спонтаних хемијских реакција као што су оксидација и редукција унутар батерије, које се дешавају на две електроде. Активни материјал негативне електроде састоји се од редукционог средства са релативно негативним потенцијалом и стабилног у електролиту, као што су активни метали као што су цинк, кадмијум, олово и водоник или угљоводоници. Активни материјал позитивне електроде се састоји од оксиданата са позитивним потенцијалом и стабилних у електролиту, као што су оксиди метала као што су манган диоксид, оловни диоксид, никл оксид, кисеоник или ваздух, халогени и њихове соли, киселине које садрже кисеоник и њихове соли, итд. Електролити су материјали са добром јонском проводљивошћу, као што су водени раствори киселина, база, соли, органских или неоргански неводени раствори, растопљене соли или чврсти електролити. Када је екстерно коло искључено, иако постоји разлика потенцијала (напон отвореног кола) између два пола, нема струје, а хемијска енергија ускладиштена у батерији се не претвара у електричну енергију. Када је спољно коло затворено, струја тече кроз спољашње коло због разлике потенцијала између две електроде. Истовремено, унутар батерије, због одсуства слободних електрона у електролиту, пренос наелектрисања је неизбежно праћен реакцијама оксидације или редукције на граници између два активна материјала и електролита, као и миграцијом реактанти и продукти реакције. Пренос наелектрисања у електролитима такође се ослања на миграцију јона. Стога су нормални процеси пуњења и преноса супстанце унутар батерије неопходни услови да се обезбеди нормалан излаз електричне енергије. Током пуњења, смер пуњења и преноса масе унутар батерије је потпуно супротан смеру пражњења; Реакција електроде мора бити реверзибилна како би се обезбедио нормалан напредак процеса обрнутог преноса масе и наелектрисања. Стога су реакције реверзибилне електроде неопходан услов за конструисање батерије.
Г је прираст слободне енергије Гибсове реакције (џули); Ф је Фарадејева константа=96500 библиотека=26.8 ампер сати; Н је еквивалентан број реакција батерије. Ово је основна термодинамичка веза између електромоторне силе батерије и реакције батерије, као и основна термодинамичка једначина за израчунавање ефикасности конверзије енергије батерије. У ствари, када струја тече кроз електроду, потенцијал електроде одступа од термодинамичког равнотежног потенцијала електроде, а ова појава се назива поларизација. Што је већа густина струје (струја која пролази кроз јединичну област електроде), поларизација је јача. Феномен поларизације је један од битних разлога за губитак енергије у батеријама.