Краткое описание принципа работы батареи

В химических батареях прямое преобразование химической энергии в электрическую является результатом самопроизвольных химических реакций, таких как окисление и восстановление внутри батареи, которые происходят на двух электродах. Активный материал отрицательного электрода состоит из восстановителя с относительно отрицательным потенциалом и стабильного в электролите, такого как активные металлы, такие как цинк, кадмий, свинец и водород или углеводороды. Активный материал положительного электрода состоит из окислителей с положительным потенциалом и стабильных в электролите, таких как оксиды металлов, такие как диоксид марганца, диоксид свинца, оксид никеля, кислород или воздух, галогены и их соли, кислородсодержащие кислоты и их соли, и т. д. Электролитами являются материалы с хорошей ионной проводимостью, например, водные растворы кислот, оснований, солей, органические или неорганические неводные растворы, расплавленные соли или твердые электролиты. Когда внешняя цепь отключена, хотя между двумя полюсами существует разность потенциалов (напряжение холостого хода), ток отсутствует, и химическая энергия, запасенная в аккумуляторе, не преобразуется в электрическую энергию. Когда внешняя цепь замкнута, ток течет через внешнюю цепь из-за разности потенциалов между двумя электродами. В то же время внутри аккумулятора из-за отсутствия свободных электронов в электролите перенос заряда неизбежно сопровождается реакциями окисления или восстановления на границе раздела двух активных материалов и электролита, а также миграцией реагенты и продукты реакции. Перенос заряда в электролитах также зависит от миграции ионов. Поэтому нормальные процессы заряда и переноса вещества внутри батареи являются необходимыми условиями для обеспечения нормальной отдачи электрической энергии. Во время зарядки направление заряда и массопереноса внутри аккумулятора прямо противоположно направлению разряда; Электродная реакция должна быть обратимой, чтобы обеспечить нормальное протекание процессов обратного переноса массы и заряда. Поэтому обратимые электродные реакции являются необходимым условием создания батареи.
G – приращение свободной энергии реакции Гиббса (джоули); F — постоянная Фарадея=96500 библиотеки=26,8 ампер-часов; N – эквивалентное количество реакций батареи. Это фундаментальная термодинамическая взаимосвязь между электродвижущей силой аккумулятора и реакцией аккумулятора, а также основное термодинамическое уравнение для расчета эффективности преобразования энергии аккумулятора. Фактически, когда через электрод протекает ток, его потенциал отклоняется от термодинамически равновесного электродного потенциала, и это явление называется поляризацией. Чем выше плотность тока (ток, проходящий через единицу площади электрода), тем сильнее поляризация. Явление поляризации является одной из важных причин потерь энергии в батареях.