电化学是物理化学的一个分支，研究电能与化学能的相互转换。电化学电池利用氧化还原反应发电（原电池）或用电能驱动非自发反应（电解池）。

电化学中的氧化还原反应

氧化是电子的损失，还原是电子的获得；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：氧化发生在阳极，还原发生在阴极。总电池反应是配平半反应之和，电子相互抵消。

原电池（伏打电池）

原电池通过自发的氧化还原反应将化学能转化为电能，丹尼尔电池（Zn/Cu）是经典例子。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)。含有 KCl 或 KNO3 琼脂的盐桥允许离子在半电池之间迁移，从而维持电中性。电池符号写为 Zn(s) | Zn2+(aq) || Cu2+(aq) | Cu(s)，其中 | 表示相界，|| 表示盐桥。

标准电极电势

标准还原电势（E°）是相对于标准氢电极（SHE）测量的：2H+(aq) + 2e- → H2(g)，E° = 0.00 V。更正值的 E° 表示更强的氧化剂，更负值表示更强的还原剂。标准电池电势为 E°cell = E°cathode - E°anode（或 E°reduction + E°oxidation），E°cell 为正表示反应自发。

能斯特方程

电池电势随浓度和温度变化，由能斯特方程描述：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。在平衡时，E = 0 且 Q = K，得到关系 log K = nE°/0.0592（25°C）。

电解池

电解池使用外部电源驱动非自发的氧化还原反应，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，电极上产生物质的质量与通过的电量成正比：m = (Q/M)/(nF)，其中 Q = I × t，M 为摩尔质量。应用包括电镀（镀铬、镀金）、金属精炼（铜提纯）和水的电解（H2 和 O2 生产）。

电池

一次（不可充电）电池包括使用 Zn 和 MnO2 的勒克朗谢干电池，以及在碱性电解液中使用 Zn 和 MnO2 的碱性电池。二次（可充电）电池包括铅酸电池（Pb 和 PbO2 在 H2SO4 中）、锂离子电池（LiCoO2 阴极、石墨阳极、Li+ 电解液）和镍镉电池（KOH 中的 NiOOH 和 Cd）。燃料电池将化学能直接转化为电能——H2/O2 燃料电池产生水和电能，效率高。

腐蚀

腐蚀是金属的自发氧化，最显著的是铁生锈：Fe(s) → Fe2+(aq) + 2e-。生锈需要氧气和水，阴极反应为 O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-。防腐蚀方法包括涂漆、镀锌（Zn 涂层）、使用牺牲阳极的阴极保护以及合金化生产不锈钢。