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電池內部正常的電荷傳遞和物質傳遞過程是保證正常輸出電能的必要條件。充電時，內部的傳電和傳質過程的方向恰與放電相反；電極反應必須是可逆的，才能保證反方向傳質與傳電過程的正常進行。因此，電極反應可逆是構成的必要條件。按照熱力學原理，在等溫等壓下，他體系所能輸出的最大功即體系的自由能增量為



式中E為電池電動勢（伏）；為吉布斯反應自由能增量(焦)；F為法拉第常數＝96500庫＝26.8安·小時；n為反應的當量數。這是電池電動勢與之反應之間的基本熱力學關系式，也是計算能量轉換效率的基本熱力學方程式。