Материалы положительных и отрицательных электродов являются важнейшими компонентами, определяющими производительность батареи; различия в этих материалах приводят к значительным различиям в напряжении, емкости, сроке службы, безопасности и сфере применения для разных типов батарей. Во время работы между положительным и отрицательным электродами происходят электрохимические реакции, генерирующие электрический ток за счет движения электронов и преобразования химической энергии в электрическую. Обычно отрицательный электрод высвобождает электроны (подвергается окислению), а положительный электрод принимает электроны (подвергается восстановлению). Выбор этих материалов напрямую влияет на плотность энергии аккумулятора, эффективность зарядки-разрядки и срок службы.
Свинцово--кислотные батареи используют диоксид свинца (PbO₂) в качестве положительного электрода и губчатый свинец (Pb) в качестве отрицательного электрода, а раствор серной кислоты служит электролитом. Во время разряда оба материала электродов химически реагируют с серной кислотой, образуя электрический ток. Свинцово-кислотные аккумуляторы, характеризующиеся зрелой технологией, низкой стоимостью и высокой надежностью, уже давно используются в автомобильных системах запуска, источниках резервного питания ИБП, базовых станциях телекоммуникаций и системах хранения энергии. Однако высокая плотность свинца приводит к относительно низкой плотности энергии и значительному весу батареи.
В литий-ионных-батареях используется широкий спектр материалов положительных и отрицательных электродов, и в настоящее время они представляют собой наиболее широко используемый тип батарей. Обычные материалы положительных электродов включают фосфат лития-железа (LiFePO₄), тройные материалы (такие как NCM-никель-кобальт-марганец- или NCA-никель-кобальт-алюминий) и оксид лития-кобальта (LiCoO₂); в отрицательных электродах обычно используется графит, хотя некоторые новые батареи включают в себя материалы на основе кремния-для увеличения емкости хранения энергии. Эти батареи работают за счет интеркаляции и де-интеркаляции ионов лития между положительным и отрицательным электродами. Обладая такими преимуществами, как высокая плотность энергии, малый вес и длительный срок службы, они широко используются в новых энергетических транспортных средствах, системах хранения энергии, электронных устройствах и высокопроизводительных источниках питания-ИБП.
В других типах батарей также используются разные материалы положительных и отрицательных электродов. Например, в никель-металлогидридных (NiMH) батареях обычно используется оксигидроксид никеля (NiOOH) в качестве положительного электрода и сплав для хранения водорода-в качестве отрицательного электрода, а в никель-кадмиевых (NiCd) батареях используется оксигидроксид никеля в качестве положительного электрода и кадмий в качестве отрицательного электрода. Поскольку аккумуляторная технология продолжает развиваться, все чаще исследуются и внедряются новые материалы электродов,-такие как кремниевые-углеродные композиты, твердотельные-электролиты и материалы для натриевых-ионных батарей-. В будущем оптимизация структуры катодных и анодных материалов позволит дополнительно повысить емкость аккумуляторов, безопасность и срок службы, обеспечивая более надежную техническую поддержку для разработки новых систем хранения энергии и интеллектуальных энергетических систем.
