正極と負極の材料は、電池の性能を決定する重要な要素です。これらの材料の違いにより、電池の種類が異なると、電圧、容量、サイクル寿命、安全性、および適用範囲が大きく異なります。動作中、正極と負極の間で電気化学反応が発生し、電子の移動によって電流が発生し、化学エネルギーが電気エネルギーに変換されます。通常、負極は電子を放出し（酸化を受けます）、正極は電子を受け取ります（還元を受けます）。これらの材料の選択は、バッテリーのエネルギー密度、充放電効率、耐用年数に直接影響します。-
鉛酸電池は、正極に二酸化鉛（PbO₂）、負極に海綿状鉛（Pb）を使用し、硫酸溶液が電解液として機能します。放電中、両方の電極材料が硫酸と化学反応して電流を生成します。成熟した技術、低コスト、高い信頼性を特徴とする鉛蓄電池は、自動車スターター システム、UPS バックアップ電源、通信基地局、エネルギー貯蔵システムに長年使用されてきました。{3}ただし、鉛の密度が高いため、エネルギー密度が比較的低くなり、バッテリーの重量が大幅に増加します。
リチウム- イオン電池は、さまざまな正極材料と負極材料を採用しており、現在最も広く使用されている電池タイプです。一般的な正極材料には、リン酸鉄リチウム（LiFePO₄）、三元材料（NCM-ニッケル-コバルト-マンガン-またはNCA-ニッケル-コバルト-アルミニウムなど）、コバルト酸化リチウム（LiCoO₂）などがあります。負極には通常グラファイトが使用されますが、一部の新しいバッテリーにはエネルギー貯蔵容量を高めるためにシリコンベースの材料が組み込まれています。{9}}これらの電池は、正極と負極の間のリチウムイオンの挿入および脱挿入によって動作します。-高エネルギー密度、軽量、長いサイクル寿命などの利点を備え、新エネルギー車、エネルギー貯蔵システム、電子機器、高性能 UPS 電源などに広く使用されています。-
他の種類の電池も、異なる正極材料と負極材料を使用します。たとえば、ニッケル-金属水素化物（NiMH）電池は通常、正極にオキシ水酸化ニッケル（NiOOH）、負極に水素吸蔵合金を使用します。一方、ニッケル-カドミウム（NiCd）電池は、正極にオキシ水酸化ニッケル、負極にカドミウムを使用します。電池技術が進化し続けるにつれて、新しい電極材料-（シリコン-）、固体電解質-、ナトリウム-イオン電池用材料-など）の研究と実装が増えています。将来的には、正極材料と負極材料の構造を最適化することで、電池の容量、安全性、サイクル寿命をさらに向上させることができ、新しいエネルギー貯蔵システムやスマート電源システムの開発に対して、より信頼性の高い技術サポートを提供できるようになります。
