Lyhyt kuvaus akun periaatteesta

Kemiallisissa akuissa kemiallisen energian suora muuntaminen sähköenergiaksi on seurausta spontaaneista kemiallisista reaktioista, kuten akun sisällä tapahtuvasta hapetuksesta ja pelkistymisestä, jotka tapahtuvat kahdella elektrodilla. Negatiivisen elektrodin aktiivinen materiaali koostuu pelkistävästä aineesta, jolla on suhteellisen negatiivinen potentiaali ja joka on stabiili elektrolyytissä, kuten aktiivisista metalleista, kuten sinkistä, kadmiumista, lyijystä ja vedystä tai hiilivedyistä. Positiivisen elektrodin aktiivinen materiaali koostuu hapettimista, joilla on positiivinen potentiaali ja jotka ovat stabiileja elektrolyytissä, kuten metallioksideja, kuten mangaanidioksidi, lyijydioksidi, nikkelioksidi, happi tai ilma, halogeenit ja niiden suolat, happea sisältävät hapot ja niiden suolat, jne. Elektrolyytit ovat materiaaleja, joilla on hyvä ionijohtavuus, kuten happojen, emästen, suolojen, orgaanisten tai epäorgaanisten vesiliuoksia vedettömät liuokset, sulat suolat tai kiinteät elektrolyytit. Kun ulkoinen piiri kytketään irti, vaikka kahden navan välillä on potentiaaliero (avoin piirin jännite), virtaa ei ole, eikä akkuun varastoitu kemiallinen energia muutu sähköenergiaksi. Kun ulkoinen piiri on suljettu, virta kulkee ulkoisen piirin läpi kahden elektrodin välisen potentiaalieron vuoksi. Samaan aikaan akun sisällä, koska elektrolyytissä ei ole vapaita elektroneja, varauksen siirtymiseen liittyy väistämättä hapettumis- tai pelkistysreaktioita kahden aktiivisen materiaalin ja elektrolyytin välisessä rajapinnassa sekä reagoivat aineet ja reaktiotuotteet. Varauksen siirtyminen elektrolyyteissä riippuu myös ionien kulkeutumisesta. Siksi normaalit lataus- ja aineensiirtoprosessit akun sisällä ovat välttämättömiä edellytyksiä normaalin sähköenergian tuoton varmistamiseksi. Latauksen aikana latauksen ja massansiirron suunta akun sisällä on täsmälleen päinvastainen kuin purkautumisen suunta; Elektrodireaktion on oltava reversiibeli, jotta varmistetaan käänteisten massan ja varauksensiirtoprosessien normaali eteneminen. Siksi palautuvat elektrodireaktiot ovat välttämätön edellytys akun rakentamiselle.
G on Gibbsin reaktion vapaan energian lisäys (joulea); F on Faraday-vakio=96500-kirjasto=26.8 ampeerituntia; N on akun reaktioiden vastaava määrä. Tämä on perustavanlaatuinen termodynaaminen suhde akun sähkömotorisen voiman ja akun reaktion välillä, ja myös termodynaaminen perusyhtälö akun energian muunnostehokkuuden laskemiseksi. Itse asiassa, kun virta kulkee elektrodin läpi, elektrodin potentiaali poikkeaa termodynaamisesta tasapainoelektrodipotentiaalista, ja tätä ilmiötä kutsutaan polarisaatioksi. Mitä suurempi virrantiheys (virta, joka kulkee yksikköelektrodialueen läpi), sitä vakavampi polarisaatio on. Polarisaatioilmiö on yksi tärkeimmistä syistä akkujen energiahäviöön.