Brève description du principe de la batterie

Dans les batteries chimiques, la conversion directe de l’énergie chimique en énergie électrique est le résultat de réactions chimiques spontanées telles que l’oxydation et la réduction à l’intérieur de la batterie, qui se produisent sur deux électrodes. Le matériau actif de l'électrode négative est composé d'un agent réducteur ayant un potentiel relativement négatif et stable dans l'électrolyte, tel que des métaux actifs tels que le zinc, le cadmium, le plomb et l'hydrogène ou des hydrocarbures. La matière active de l'électrode positive est composée d'oxydants à potentiel positif et stables dans l'électrolyte, tels que des oxydes métalliques tels que le dioxyde de manganèse, le dioxyde de plomb, l'oxyde de nickel, l'oxygène ou l'air, les halogènes et leurs sels, les acides contenant de l'oxygène et leurs sels, etc. Les électrolytes sont des matériaux ayant une bonne conductivité ionique, tels que des solutions aqueuses d'acides, de bases, de sels, des solutions non aqueuses organiques ou inorganiques, des sels fondus ou des électrolytes solides. Lorsque le circuit externe est déconnecté, bien qu'il existe une différence de potentiel (tension en circuit ouvert) entre les deux pôles, il n'y a pas de courant et l'énergie chimique stockée dans la batterie n'est pas convertie en énergie électrique. Lorsque le circuit externe est fermé, le courant circule dans le circuit externe en raison de la différence de potentiel entre les deux électrodes. Parallèlement, à l'intérieur de la batterie, du fait de l'absence d'électrons libres dans l'électrolyte, le transfert de charge s'accompagne inévitablement de réactions d'oxydation ou de réduction à l'interface entre les deux matériaux actifs et l'électrolyte, ainsi que de migration de réactifs et produits de réaction. Le transfert de charge dans les électrolytes repose également sur la migration des ions. Par conséquent, les processus normaux de transfert de charge et de substance à l’intérieur de la batterie sont des conditions nécessaires pour assurer la production normale d’énergie électrique. Pendant la charge, le sens de charge et de transfert de masse à l’intérieur de la batterie est exactement opposé à celui de décharge ; La réaction de l'électrode doit être réversible afin d'assurer le déroulement normal des processus de transfert de masse et de charge inverse. Par conséquent, les réactions réversibles des électrodes sont une condition nécessaire à la construction d’une batterie.
G est l'incrément d'énergie libre de la réaction de Gibbs (joules) ; F est la constante de Faraday=96500 bibliothèque=26,8 ampères-heure ; N est le nombre équivalent de réactions de la batterie. Il s'agit de la relation thermodynamique fondamentale entre la force électromotrice de la batterie et la réaction de la batterie, ainsi que de l'équation thermodynamique de base pour calculer l'efficacité de conversion d'énergie de la batterie. En fait, lorsque le courant traverse une électrode, le potentiel de l’électrode s’écarte du potentiel de l’électrode d’équilibre thermodynamique, et ce phénomène est appelé polarisation. Plus la densité de courant (le courant traversant une surface unitaire d’électrode) est élevée, plus la polarisation est sévère. Le phénomène de polarisation est l’une des causes importantes de perte d’énergie dans les batteries.