Materijali pozitivne i negativne elektrode kritične su komponente koje određuju učinkovitost baterije; razlike u tim materijalima dovode do značajnih varijacija u naponu, kapacitetu, vijeku trajanja, sigurnosti i opsegu primjene u različitim tipovima baterija. Tijekom rada dolazi do elektrokemijskih reakcija između pozitivne i negativne elektrode, stvarajući električnu struju kretanjem elektrona i pretvarajući kemijsku energiju u električnu. Tipično, negativna elektroda oslobađa elektrone (podvrgavajući se oksidaciji), dok pozitivna elektroda prihvaća elektrone (podvrgavajući se redukciji). Izbor ovih materijala izravno utječe na gustoću energije baterije, učinkovitost punjenja-pražnjenja i radni vijek.
Olovne{0}}baterije koriste olovni dioksid (PbO₂) za pozitivnu elektrodu i spužvasto olovo (Pb) za negativnu elektrodu, a otopina sumporne kiseline služi kao elektrolit. Tijekom pražnjenja oba materijala elektrode kemijski reagiraju sa sumpornom kiselinom i proizvode električnu struju. Karakterizirane zrelom tehnologijom, niskom cijenom i visokom pouzdanošću, olovne-kisele baterije dugo se koriste u sustavima za pokretanje automobila, UPS rezervnim izvorima napajanja, telekomunikacijskim baznim stanicama i sustavima za pohranu energije. Međutim, visoka gustoća olova rezultira relativno niskom gustoćom energije i značajnom težinom baterije.
Litij-ionske baterije koriste širok izbor materijala pozitivnih i negativnih elektroda i trenutno predstavljaju najčešće korištenu vrstu baterije. Uobičajeni materijali za pozitivne elektrode uključuju litij željezo fosfat (LiFePO₄), ternarne materijale (kao što su NCM-nikal-kobalt-mangan-ili NCA-nikal-kobalt-aluminij) i litij kobalt oksid (LiCoO₂); negativne elektrode obično koriste grafit, iako neke novije baterije sadrže materijale na bazi silicija-za povećanje kapaciteta pohrane energije. Ove baterije rade putem interkalacije i de-interkalacije litijevih iona između pozitivne i negativne elektrode. Nudeći prednosti kao što su visoka gustoća energije, mala težina i dug životni vijek, naširoko se koriste u novim energetskim vozilima, sustavima za pohranu energije, elektroničkim uređajima i UPS napajanjima visokih-izvedbi.
Drugi tipovi baterija također koriste različite materijale pozitivne i negativne elektrode. Na primjer, nikal-metal-hidridne (NiMH) baterije obično koriste nikal-oksihidroksid (NiOOH) za pozitivnu elektrodu i-leguru za pohranu vodika za negativnu elektrodu, dok nikal-kadmijeve (NiCd) baterije koriste nikal-oksihidroksid za pozitivnu elektrodu i kadmij za negativnu elektrodu. Kako se tehnologija baterija nastavlja razvijati, novi materijali za elektrode-kao što su silicij-ugljični kompoziti, čvrsti-elektroliti i materijali za natrij-ionske baterije-se sve više istražuju i primjenjuju. U budućnosti će optimizacija struktura katodnih i anodnih materijala omogućiti daljnja poboljšanja u kapacitetu baterije, sigurnosti i vijeku trajanja, pružajući pouzdaniju tehničku podršku za razvoj novih sustava za pohranu energije i pametnih energetskih sustava.
