Bahan elektroda positif dan negatif merupakan komponen penting yang menentukan kinerja baterai; Perbedaan bahan-bahan ini menyebabkan variasi yang signifikan dalam voltase, kapasitas, siklus hidup, keamanan, dan cakupan aplikasi pada berbagai jenis baterai. Selama pengoperasian, reaksi elektrokimia terjadi antara elektroda positif dan negatif, menghasilkan arus listrik melalui pergerakan elektron dan mengubah energi kimia menjadi energi listrik. Biasanya, elektroda negatif melepaskan elektron (mengalami oksidasi), sedangkan elektroda positif menerima elektron (mengalami reduksi). Pemilihan material ini berdampak langsung pada kepadatan energi, efisiensi pengisian-pengosongan, dan masa pakai baterai.
Baterai timbal-asam menggunakan timbal dioksida (PbO₂) untuk elektroda positif dan timbal spons (Pb) untuk elektroda negatif, dengan larutan asam sulfat yang berfungsi sebagai elektrolit. Selama pelepasan, kedua bahan elektroda bereaksi secara kimia dengan asam sulfat untuk menghasilkan arus listrik. Dengan karakteristik teknologi yang matang, biaya rendah, dan keandalan yang tinggi, baterai timbal-asam telah lama digunakan dalam sistem starter otomotif, pasokan listrik cadangan UPS, stasiun pangkalan telekomunikasi, dan sistem penyimpanan energi. Namun, kepadatan timbal yang tinggi menghasilkan kepadatan energi yang relatif rendah dan bobot baterai yang signifikan.
Baterai litium-ion menggunakan beragam bahan elektroda positif dan negatif dan saat ini mewakili jenis baterai yang paling banyak digunakan. Bahan elektroda positif yang umum mencakup litium besi fosfat (LiFePO₄), bahan terner (seperti NCM-nikel-kobalt-mangan-atau NCA-nikel-kobalt-aluminium), dan litium kobalt oksida (LiCoO₂); elektroda negatif biasanya menggunakan grafit, meskipun beberapa baterai baru menggunakan bahan berbasis silikon-untuk meningkatkan kapasitas penyimpanan energi. Baterai ini beroperasi melalui interkalasi dan de{11}}interkalasi ion litium antara elektroda positif dan negatif. Menawarkan keunggulan seperti kepadatan energi yang tinggi, bobot yang ringan, dan masa pakai yang panjang, produk ini banyak digunakan pada kendaraan energi baru, sistem penyimpanan energi, perangkat elektronik, dan{13}}catu daya UPS berperforma tinggi.
Jenis baterai lainnya juga menggunakan bahan elektroda positif dan negatif yang berbeda. Misalnya, baterai nikel-metal hidrida (NiMH) biasanya menggunakan nikel oksihidroksida (NiOOH) untuk elektroda positif dan paduan penyimpan hidrogen-untuk elektroda negatif, sedangkan baterai nikel-kadmium (NiCd) menggunakan nikel oksihidroksida untuk elektroda positif dan kadmium untuk elektroda negatif. Seiring dengan terus berkembangnya teknologi baterai, material elektroda baru-seperti komposit-karbon silikon, elektrolit-padat, dan material untuk baterai-ion natrium-semakin banyak diteliti dan diterapkan. Di masa depan, optimalisasi struktur bahan katoda dan anoda akan memungkinkan peningkatan lebih lanjut dalam kapasitas baterai, keamanan, dan masa pakai baterai, sehingga memberikan dukungan teknis yang lebih andal untuk pengembangan penyimpanan energi baru dan sistem tenaga pintar.
