Breve descripción del principio de la batería

En las baterías químicas, la conversión directa de energía química en energía eléctrica es el resultado de reacciones químicas espontáneas como la oxidación y la reducción dentro de la batería, que ocurren en dos electrodos. El material activo del electrodo negativo está compuesto por un agente reductor con un potencial relativamente negativo y estable en el electrolito, como metales activos como zinc, cadmio, plomo e hidrógeno o hidrocarburos. El material activo del electrodo positivo está compuesto por oxidantes con potencial positivo y estables en el electrolito, como por ejemplo óxidos metálicos como dióxido de manganeso, dióxido de plomo, óxido de níquel, oxígeno o aire, halógenos y sus sales, ácidos que contienen oxígeno y sus sales, etc. Los electrolitos son materiales con buena conductividad iónica, como soluciones acuosas de ácidos, bases, sales, soluciones no acuosas orgánicas o inorgánicas, sales fundidas o electrolitos sólidos. Cuando se desconecta el circuito externo, aunque existe una diferencia de potencial (voltaje de circuito abierto) entre los dos polos, no hay corriente y la energía química almacenada en la batería no se convierte en energía eléctrica. Cuando el circuito externo está cerrado, la corriente fluye a través del circuito externo debido a la diferencia de potencial entre los dos electrodos. Al mismo tiempo, dentro de la batería, debido a la ausencia de electrones libres en el electrolito, la transferencia de carga va inevitablemente acompañada de reacciones de oxidación o reducción en la interfaz entre los dos materiales activos y el electrolito, así como de la migración de reactivos y productos de reacción. La transferencia de carga en los electrolitos también depende de la migración de iones. Por lo tanto, los procesos normales de carga y transferencia de sustancias dentro de la batería son condiciones necesarias para garantizar la producción normal de energía eléctrica. Durante la carga, la dirección de carga y transferencia de masa dentro de la batería es exactamente opuesta a la de descarga; La reacción del electrodo debe ser reversible para garantizar el progreso normal de los procesos inversos de transferencia de masa y carga. Por lo tanto, las reacciones de los electrodos reversibles son una condición necesaria para construir una batería.
G es el incremento de energía libre de la reacción de Gibbs (julios); F es la constante de Faraday=96500biblioteca=26.8 amperios hora; N es el número equivalente de reacciones de la batería. Ésta es la relación termodinámica fundamental entre la fuerza electromotriz de la batería y la reacción de la batería, y también la ecuación termodinámica básica para calcular la eficiencia de conversión de energía de la batería. De hecho, cuando la corriente fluye a través de un electrodo, el potencial del electrodo se desvía del potencial del electrodo de equilibrio termodinámico y este fenómeno se llama polarización. Cuanto mayor sea la densidad de corriente (la corriente que pasa a través de una unidad de área de electrodo), más severa será la polarización. El fenómeno de polarización es una de las razones importantes de la pérdida de energía en las baterías.