Stutt lýsing á meginreglunni um rafhlöðu

Í efnarafhlöðum er bein umbreyting efnaorku í raforku afleiðing af sjálfsprottnum efnahvörfum eins og oxun og minnkun inni í rafhlöðunni, sem eiga sér stað á tveimur rafskautum. Neikvætt rafskautsvirka efnið er samsett úr afoxunarefni með tiltölulega neikvæðan möguleika og stöðugt í raflausninni, svo sem virkum málmum eins og sink, kadmíum, blýi og vetni eða kolvetni. Virka rafskautsefnið er samsett úr oxunarefnum með jákvæða möguleika og stöðugt í raflausninni, svo sem málmoxíðum eins og mangandíoxíði, blýdíoxíði, nikkeloxíði, súrefni eða lofti, halógenum og söltum þeirra, súrefnisinnihaldandi sýrum og söltum þeirra, osfrv. Raflausnir eru efni með góða jónaleiðni, svo sem vatnslausnir af sýrum, basum, söltum, lífrænum eða ólífrænum óvatnslausnir, bráðin sölt eða fast raflausn. Þegar ytri hringrásin er aftengd, þó að það sé hugsanlegur munur (opinn hringrásarspenna) á milli pólanna tveggja, þá er enginn straumur og efnaorkan sem geymd er í rafhlöðunni er ekki breytt í raforku. Þegar ytri hringrásin er lokuð rennur straumur í gegnum ytri hringrásina vegna möguleikamunarins á rafskautunum tveimur. Á sama tíma, inni í rafhlöðunni, vegna skorts á frjálsum rafeindum í raflausninni, fylgir flutningi hleðslu óhjákvæmilega oxunar- eða afoxunarhvörfum á snertifleti virku efnanna tveggja og raflausnarinnar, svo og flæði hvarfefni og hvarfefni. Flutningur hleðslu í raflausnum byggir einnig á flutningi jóna. Þess vegna eru eðlileg hleðslu- og efnisflutningsferli innan rafhlöðunnar nauðsynleg skilyrði til að tryggja eðlilega raforkuframleiðslu. Meðan á hleðslu stendur er hleðslustefna og massaflutningur inni í rafhlöðunni nákvæmlega andstæð því sem losun; Rafskautsviðbrögðin verða að vera afturkræf til að tryggja eðlilega framvindu öfugs massa- og hleðsluflutningsferla. Þess vegna eru afturkræf rafskautsviðbrögð nauðsynleg skilyrði fyrir smíði rafhlöðu.
G er Gibbs-hvarfsaukning frjáls orku (joule); F er Faraday fasti=96500 bókasafn=26.8 amperstundir; N er samsvarandi fjöldi rafhlöðuviðbragða. Þetta er grundvallarvarmaaflfræðilegt samband milli raforkukrafts rafhlöðunnar og rafhlöðuviðbragða, og einnig grunnvarmaaflfræðilega jöfnuna til að reikna út orkubreytingarnýtni rafhlöðunnar. Reyndar, þegar straumur rennur í gegnum rafskaut, víkur rafskautsmöguleikinn frá varmafræðilegu jafnvægi rafskautsgetu, og þetta fyrirbæri er kallað skautun. Því meiri sem straumþéttleiki er (straumurinn sem fer í gegnum rafskautsflatarmálseiningu), því alvarlegri er skautunin. Skautunarfyrirbæri er ein mikilvægasta ástæðan fyrir orkutapi í rafhlöðum.