电池是一种由一个或多个电化学电池单元组成、将化学能量转化为电能的装置。电池内的反应通过外部电路提供电流，为设备供电。一次电池仅供一次性使用；二次电池则可以通过外部电源充电。电池的规模从手表中的微型电池，到为电力网络提供支持的大型设施不等。其性能取决于化学体系、结构和运行条件。(openstax.org)
工作原理
电池的工作是电化学的应用。每个电池单元都包含两个电极，它们与能够传导离子的电解质接触。放电时，自发的氧化还原反应释放可供利用的电能：负极上的氧化反应提供电子，正极上的还原反应则消耗电子。电子经由外部电路流动，电池内部的离子迁移则维持电荷平衡。隔膜在允许离子通过的同时，防止电极直接接触。(openstax.org)
放电时，负极是阳极，正极是阴极。严格来说，“阳极”和“阴极”分别指发生氧化反应和还原反应的电极，因此充电时，两者的电化学角色会互换。不过，在电池工程中，通常仍沿用基于放电状态的名称来称呼实体电极。充电使总的化学反应逆向进行，恢复电池单元中相当一部分化学能；副反应使这一过程无法完全可逆，并最终导致性能下降。(openstax.org)
历史发展
亚历山德罗·伏打于1800年推出伏打电堆。不同金属的薄板交替堆叠，其间以浸有电解质的材料隔开，从而产生持续电流，为电学实验提供了实用的电源。与此前积累静电荷的装置不同，伏打电堆能持续将化学能转化为电能输出。(aps.org)
1859年发明的铅酸电池使可充电储能成为一种实用技术。此后的发展包括镍镉电池以及性能更好的便携式电池。商用锂离子电池于1991年进入市场，为电子设备和车辆提供了轻便的可充电电源。为表彰锂离子技术的发展，2019年诺贝尔化学奖共同授予约翰·B. 古迪纳夫、M. 斯坦利·惠廷厄姆和吉野彰。(nobelprize.org)
类型与化学体系
一次电池并非为反复充电而设计，常见类型包括锌碳电池、碱性电池、氧化银电池和锂金属电池。碱性电池通常使用锌和二氧化锰，并配以碱性电解质。一次电池的应用范围涵盖遥控器、手表和烟雾探测器等。“锂电池”并不一定意味着可以充电：锂金属一次电池与常规的锂离子二次电池并不相同。(openstax.org)
二次电池采用可逆程度足以支持反复充电的反应。铅酸电池使用铅基电极和硫酸，广泛用于车辆启动和备用电源。镍镉电池与镍氢电池也是常见的可充电电池类型。锂离子电池通过锂离子在宿主材料之间迁移来工作；许多锂离子电池使用石墨负极和含锂正极。选择化学体系时，需要在储能能力、功率、耐久性、成本和安全性之间权衡，并不存在各方面都优于其他方案的设计。(openstax.org)
液流电池将活性物质储存在外部电解液储罐中，并使其循环流经电池堆。因此，储罐大小和电池堆大小可以分别影响储能容量和功率。固态电池以固体电解质取代常规的液体电解质；这会改变对材料的要求，并可能带来性能或安全方面的优势，具体取决于整体设计。(energy.gov)
结构与性能
电池单元可采用圆柱形、方形或软包封装。多个电池单元组成模组和电池包，其中串联可提高电压，并联可增加可用容量。封装、集流体、隔膜及其他非活性部件也会增加重量和体积，因此完整电池包的性能不同于仅考虑活性材料时的性能。(epa.gov)
重要的规格参数包括：
- **电压：**两端子之间的电势差；标称电压是参考值，并不代表运行时电压恒定不变。
- **容量：**可输出的电荷量，通常以安时表示。
- **能量容量：**在规定条件下可提供的电能，通常以瓦时表示。
- **比能量与能量密度：**分别指单位质量和单位体积所储存的能量。
- **充放电倍率（C倍率）：**以额定容量为基准表示的电流大小；按标称容量计算，1C对应一小时完成放电。
- **循环寿命：**性能下降至规定阈值之前能够完成的充放电循环次数。
这些参数取决于测试条件，包括电流、截止电压、放电深度和温度。如果没有电压信息，仅凭以安时表示的容量无法确定所储存的能量。(mit.edu)
应用、性能衰退与安全
电池为便携式电子设备、工具、车辆和应急系统供电。固定式电池设施为电网提供支持，并将可再生能源产生的电力从发电时段储存到用电时段使用。电池储存能量而非创造能量，储能过程也不可避免地存在损耗。(energy.gov)
反复使用会改变电极结构和电解质的化学性质，导致容量下降或电阻增大。电池管理系统监测电压、电流和温度等参数，并将电池运行控制在规定范围内。某些故障可能引发热失控，即不断加剧的失控过程，可能产生大量热量、气体、烟雾，甚至起火。监测和保护控制措施能够降低部分风险，但无法消除电池单元内部所有可能发生的故障。(energy.gov)
电池寿命终结后的处理方式取决于其化学体系。回收利用可以回收有价值的材料，减少对新开采资源的需求。锂离子电池的处理通常包括收集、识别、分类和专门处理；受损或处置不当的电池还可能在废弃物管理系统中造成火灾隐患。(epa.gov)