电化学是物理化学的一个分支，研究电能和化学能的相互转换。电化学电池利用氧化还原反应 来发电（原电池）或使用电力驱动非自发反应（电解池）。

电化学中的氧化还原反应

氧化是失去电子，还原是获得电子；氧化剂被还原，还原剂被氧化。氧化还原反应可分为两个半反应：阳极的氧化和阴极的还原。整个电池反应是电子被取消的平衡半反应的总和。

原电池

原电池通过自发氧化还原反应将化学能转化为电能，丹尼尔电池 (Zn/Cu) 就是典型的例子。 Zn 电极（阳极，-）被氧化：Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e-，而 Cu 电极（阴极，+）被还原：Cu2+(aq) + 2e- → Cu(s)。琼脂中含有 KCl 或 KNO3 的盐桥通过允许离子在半电池之间迁移来维持电中性。单元符号写为 Zn(s) | Zn2+(水溶液) || Cu2+(水溶液) |铜，其中 |代表相界并且 ||代表盐桥。

标准电极电位

标准还原电位 (E°) 是相对于标准氢电极 (SHE) 测量的：2H+(aq) + 2e- → H2(g)，E° = 0.00 V。 E° 值越大，表明氧化剂越强，而负值越大，表明还原剂越强。标准电池电位为E°cell=E°阴极-E°阳极（或E°还原+E°氧化），E°cell正值表示自发反应。

能斯特方程

根据能斯特方程，电池电势随浓度和温度变化：E = E° - (RT/nF) ln Q，其中 n 是转移的电子数，F 是法拉第常数 (96,485 C/mol)，Q 是反应商。在 25°C 时，方程简化为 E = E° - (0.0592/n) log Q。在平衡状态下，E = 0 且 Q = K，给出 25°C 时的关系 log K = nE°/0.0592。

电解池

电解池使用外部电源驱动非自发氧化还原反应，其中阳极为正极，阴极为负极，与原电池相反。法拉第电解定律指出，电极产生的物质质量与通过的电荷量成正比：m = (Q/M)/(nF)，其中 Q = I × t，M 是摩尔质量。应用包括电镀（镀铬、镀金）、金属精炼（铜纯化）和水电解（H2 和 O2 生产）。

电池

一次（不可充电）电池包括使用 Zn 和 MnO2 的 Leclanché 干电池，以及在碱性电解液中使用 Zn 和 MnO2 的碱性电池。二次（可充电）电池包括铅酸（H2SO4 中的 Pb 和 PbO2）、锂离子（LiCoO2 阴极、石墨阳极、Li+ 电解质）和 Ni-Cd（NiOOH 和 Cd 在 KOH 中）。燃料电池将化学能直接转化为电能，H2/O2 燃料电池高效生产水和电能。

腐蚀

腐蚀是金属的自发氧化，最明显的是铁生锈：Fe(s) → Fe2+(aq) + 2e-。生锈需要氧气和水，阴极反应为O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-。防腐蚀方法包括喷漆、镀锌（镀锌）、使用牺牲阳极进行阴极保护以及合金化生产不锈钢。