Kratak opis Battery Principle

U hemijskim baterijama, direktna konverzija hemijske energije u električnu je rezultat spontanih hemijskih reakcija kao što su oksidacija i redukcija unutar baterije, koje se dešavaju na dve elektrode. Aktivni materijal negativne elektrode sastoji se od redukcionog sredstva s relativno negativnim potencijalom i stabilnog u elektrolitu, kao što su aktivni metali kao što su cink, kadmij, olovo i vodonik ili ugljovodonici. Aktivni materijal pozitivne elektrode sastoji se od oksidanata s pozitivnim potencijalom i stabilnih u elektrolitu, kao što su oksidi metala kao što su mangan dioksid, olovni dioksid, nikl oksid, kisik ili zrak, halogeni i njihove soli, kiseline koje sadrže kisik i njihove soli, itd. Elektroliti su materijali sa dobrom jonskom provodljivošću, kao što su vodeni rastvori kiselina, baza, soli, organskih ili neorganske nevodene otopine, rastopljene soli ili čvrste elektroliti. Kada je eksterno kolo isključeno, iako postoji razlika potencijala (napon otvorenog kola) između dva pola, nema struje, a hemijska energija pohranjena u bateriji ne pretvara se u električnu energiju. Kada je vanjsko kolo zatvoreno, struja teče kroz vanjsko kolo zbog razlike potencijala između dvije elektrode. Istovremeno, unutar baterije, zbog odsustva slobodnih elektrona u elektrolitu, prijenos naboja je neizbježno praćen reakcijama oksidacije ili redukcije na granici između dva aktivna materijala i elektrolita, kao i migracijom reaktanti i produkti reakcije. Prijenos naboja u elektrolitima također se oslanja na migraciju jona. Stoga su normalni procesi punjenja i prijenosa tvari unutar baterije neophodni uvjeti za osiguranje normalnog izlaza električne energije. Tokom punjenja, smjer punjenja i prijenosa mase unutar baterije je potpuno suprotan smjeru pražnjenja; Reakcija elektrode mora biti reverzibilna kako bi se osigurao normalan napredak procesa obrnutog prijenosa mase i naboja. Stoga su reakcije reverzibilne elektrode neophodan uslov za konstruisanje baterije.
G je prirast slobodne energije Gibbsove reakcije (džuli); F je Faradayeva konstanta=96500 biblioteka=26.8 amper sati; N je ekvivalentan broj reakcija baterije. Ovo je osnovni termodinamički odnos između elektromotorne sile baterije i reakcije baterije, kao i osnovna termodinamička jednačina za izračunavanje efikasnosti konverzije energije baterije. U stvari, kada struja teče kroz elektrodu, potencijal elektrode odstupa od termodinamičkog ravnotežnog potencijala elektrode, a ovaj fenomen se naziva polarizacija. Što je veća gustina struje (struja koja prolazi kroz jedinicu elektrode), polarizacija je jača. Fenomen polarizacije jedan je od bitnih razloga za gubitak energije u baterijama.