Batterien oder Trockenzellen funktionieren, indem sie ein Material, das Elektronen abgeben möchte, über einen Stromkreis mit einem anderen Material verbinden, dem Elektronen fehlen. Diese werden als Reduktionsmittel oder Reduktionsmittel bzw. als Oxidationsmittel oder Oxidationsmittel bezeichnet. Der Prozess ist eine von vielen Oxidations-Reduktions-Reaktionen, die das Rosten von Eisen und das Bleichen von Kleidung umfassen.
Wenn ein Oxidationsmittel und ein Reduktionsmittel aufeinandertreffen, treten in beiden chemische Reaktionen auf und Elektronen werden übertragen. Der Elektronentransfer erzeugt einen Gleichstrom (DC). Bei typischen Batterien sind dies 1.5 Volt.
Einer der ersten im Detail untersuchten Oxidationsmittel war elementarer Sauerstoff. Sauerstoff nimmt Elektronen aus anderen Stoffen wie Eisen auf, wodurch das Material oxidiert wird. Wenn Eisen oxidiert wird, bindet es sich an Sauerstoffmoleküle, um Eisenoxid oder Rost zu erzeugen. Es gibt viele andere Oxidationsmittel, einschließlich Brom, Chlor und Fluor. In herkömmlichen Batterien wird Mangandioxid-Pulver als Oxidationsmittel verwendet, das bei Verbrauch zu Manganoxid wird.
Der Begriff Reduktionsmittel stammt aus der Metallurgie und bezeichnet eine chemische Reaktion, bei der ein Stoff Elektronen verliert. Die chemische Umwandlung ist eine von einem Oxid wie Eisenoxid zu einem Nichtoxid wie Eisen. Dieser chemische Prozess wird seit langem verwendet, um Erze in reine Metalle umzuwandeln, und wird so genannt, weil die Probe durch die Reaktion etwas an Masse verliert. Bei herkömmlichen Batterien ist das Reduzierstück Zink.
Eine Batterie sieht aus wie ein einziges Ding, aber es sind eigentlich zwei: ein Oxidationsmittel und ein Reduktionsmittel, die nahe beieinander platziert und durch eine Barriere getrennt sind. Jeder ist mit einer Elektrode verbunden, die als positiv und negativ bezeichnet werden, je nachdem, welcher Substanz sie entsprechen. Wenn der Stromkreis zwischen positiver und negativer Elektrode geschlossen ist, fließen die Elektronen und fließen weiter, bis das Gleichgewicht erreicht ist.
Üblicherweise werden diese Netzteile an eine externe Last angeschlossen, die Strom aus dem Elektronenstrom bezieht. Manchmal wird der Gleichstrom an eine Lichtmaschine angeschlossen, die ihn in Wechselstrom (AC) umwandelt, die Art von Elektrizität, die von unseren Haushaltsgeräten verwendet wird. Batterien wurden seit ihrer Erfindung nicht grundlegend verändert und sind eine spürbare Schwachstelle für die Elektronik, in der Preis-Leistungs-Steigerungen historisch exponentiell sind.