电位差计是根据对消法测量原理设计的一种平衡式电压测量仪器，它与标准电池、检流计等配合，成为电压测量中最基本的测试设备 。

酸度计也可用于测定电动势，其结构组成由两部分组成，即电极系统和高阻抗毫伏计。电极与待测溶液组成原电池，以毫伏计测量电极间的电位差，电位差经放大电路放大后，由电流表或数码管显示 。

今天，日益发展的电子工业为电动势以及电压测量提供了数字电压表等一类全新的电子测试仪器，它们具有快速、灵敏、数字化等优点 。

①计算平衡常数:化学反应处于平衡态时，ΔG=0，即E=0，一个化学反应如果能够安排成可逆电池，则它的平衡常数和ΔG°可通过测量电动势来计算。

②计算焓变和熵变:通过测量不同温度下的电动势可计算可逆电池中化学反应的 ΔH、ΔS等。该法是求热力学性质的精度最高的方法。

③电动势与化学分析:E°已知时，通过测量电池电动势E可求出参与反应物质的活度，这是电化学分析法中电位法和电位滴定的基础。如参与反应的物质的浓度已知，则可求出活度系数，电池电动势法是测电解质平均活度系数的重要方法。

电池电动势是电池内各相界面上电势差的代数和，例如右图公式，

上述电池符号的两边写成相同的金属，表示金属导线(一般为铜线) 与电极间存在接触电势差。ε接触为接触电势差，ε液接为液体接界电势，ε+和ε-为电极与溶液界面间的电势差。则电池电动势为:E=ε++ε-+ε接触+ε液接 。

① 电极与溶液界面电势差:金属浸入水中，由于极性很大的水分子与金属表面上的离子相互吸引发生水化作用，加上运动着的水分子的不断碰撞，减弱了电极表面一部分金属离子与电极上其他金属离子之间的键力，使极少数金属离子离开电极表面进入附近的水层中。这样导致金属电极相荷负电，溶液相荷正电。由于静电引力，进入溶液的金属离子大部分聚集在金属电极表面附近，阻碍了金属离子继续由电极向溶液转移，而进入溶液的金属离子仍可沉积到电极表面。这种金属离子的相间转移，很快就会达到平衡状态。由于离子的热运动，集中在电极附近的金属离子又会向远离电极的方向扩散。静电引力和热运动两种因素综合作用的结果，在两相界面上形成一个双电层。在溶液中的一层可分为紧密层和分散层两部分。紧密层的厚度约为10cm，扩散层的厚度稍大。由紧密层和分散层形成的电极电势，通常叫做绝对电极电势。若液体不是纯水，而是组成电极的金属盐溶液，金属电极及其盐溶液之间也会产生双电层，由于金属离子从溶液沉积到电极表面的速度加快，这时双电层电势与在纯水中的情况不同。若金属离子较容易进入溶液，则金属电极荷负电，只是电势数值比在纯水中要大; 若金属离子不易进入溶液，则溶液中的金属离子向电极表面的沉积速度较大而使电极金属荷正电。总之，电极与溶液界面电势差的符号和大小，取决于电极的金属种类及溶液中金属离子的浓度。

② 接触电势差:不同金属的电子脱出功不同，因此，不同的金属接触时相互渗入的电子数目不等，使两金属界面上也形成双电层结构，产生的电势差称为接触电势差。其数值大小，决定于金属的本性 。

电池的电动势不能用伏特计来测量，因为电池与伏特计相接后，便形成了通路，有电流通过，电池发生电化学变化，电极被极化，溶液浓度改变，电动势不能保持稳定，且电池本身有内阻，伏特计所量得两极的电位差仅是电池电动势的一部分。利用对消法(或称补偿法)在电池无电流(或极小电流)通过时，测得的两极间的电位差，即为该电池的电动势 。

测定电池的电动势，应当在可逆的条件下进行，即通过电池的电流为无限小。若有电流通过电池，由于电池的内电阻，要产生内电势降，测得的只能是两电极间的端电压，其数值要小于电池的电动势。用伏特计测电动势，测量回路中有电流通过，因此测不出电动势，只能测出端电压。鉴于上述原因，需用对消法测定电动势，使用的仪器为电位计，其线路如下图所示。Ew为工作电池与可变电阻R、均匀滑线电阻AB构成的一个回路，使AB上产生的均匀电势降。C为可移动的接触点。当C点在AB 上滑动时，在AC上可取得不同的电压，S为已知电动势的标准电池，X是待测电池，K为双向电钥，G为检流计。测定时，使K与S接通，标准电池正极与工作电池的正极相接，负极串联G与滑动点C相接。这就相当于在标准电池的外电路上加了一个方向相反的电势降，其值由滑动点C的位置确定。当滑动点移至某点C时，检流计中电流为零，则标准电池电动势与AC段的电势降等值反向。使K与X相通，移动滑动点的位置至C′ 时，检流计中无电流通过，则待测电池的电动势与AC′ 段的电势降相等，由此可得:Es:AC=Ex:AC'，所以Ex=Es*AC/AC'。AC与AC′的长度可从AB上直接读出，已知ES，于是可以求得EX。

当用导线连接原电池的两电极，检流计指针就会偏转，表明在两电极之间存在电势差，即两电极的电势不同。

电极电动势的影响因素:浓度，溶液pH，沉淀的生成，配合物的生成，弱电解质的生成等都能对电极电势产生影响。

电极电势数值的确定:电极电势的绝对值无法测量，必须与标准氢电极构成电池，规定标准氢电极的电极电势为0V，通过测量电池的电动势，获得该电极的电极电势。

电极电势符号的确定:电极电势值可正、可负，由电位差计指针的偏转来确定。正负值是相对于标准氢电极为零而言的。

是指电池正负电极之间的平衡电势差，即在没有电流通过时的两电极之间的电势差，通常用E表示。

铅酸蓄电池的电性能用下列参数量度:电池电动势、开路电压、终止电压、工作电压、放电电流、容量、电池内阻、储存性能、使用寿命(浮充寿命、充放电循环寿命)等。

当蓄电池用导体在外部接通时，正极和负极的电化反应自发地进行，倘若电池中电能与化学能转换达到平衡时，正极的平衡电极电势与负极平衡电极电势的差值，便是电池电动势，它在数值上等于达到稳定值时的开路电压。电动势与单位电量的乘积，表示单位电量所能作的最大电功。但电池电动热与开路电压意义不同:电动势可依据电池中的反应利用热力学计算或通过测量计算，有明确的物理意义。后者只在数字上近于电动势，需视电池的可逆程度而定。

电池在开路状态下的端电压称为开路电压。电池的开路电压等于电池正极电极电势与负极电极电势之差。

电池工作电压是指电池有电流通过(闭路)的端电压。在电池放电初始的工作电压称为初始电压。电池在接通负载后，由于欧姆电阻和极化过电位的存在，电池的工作电压低于开路电压。

电池容量是指电池储存电量的数量，以符号C表示。常用的单位为安培小时，简称安时(Ah)或毫安时(mAh)。

电池的容量可以分为额定容量(标称容量)、实际容量。

(1)额定容量

额定容量是电池规定在在25℃环境温度下，以10小时率电流放电，应该放出最低限度的电量(Ah)。

a、放电率。放电率是针对蓄电池放电电流大小，分为时间率和电流率。

放电时间率指在一定放电条件下，放电至放电终了电压的时间长短。依据IEC标准，放电时间率有20，10，5，3，1，0.5小时率及分钟率，分别表示为:20Hr，10Hr，5Hr，3Hr，2Hr，1Hr，0.5Hr 等。

b、放电终止电压。铅蓄电池以一定的放电率在25℃环境温度下放电至能再反复充电使用的最低电压称为放电终了电压。大多数固定型电池规定以10Hr放电时(25℃)终止电压为1.8V/只。终止电压值视放电速率和需要而夫定。通常，为使电池安全运行，小于10Hr的小电流放电，终止电压取值稍高，大于10Hr的大电流放电，终止电压取值稍低。在通信电源系统中，蓄电池放电的终止电压，由通信设备对基础电压要求而定。

放电电流率是为了比较标称容量不同的蓄电池放电电流大小而设的，通常以10小时率电流为标准，用I10表示，3小时率及1小时率放电电流则分别以I3、I1表示。

c、额定容量。固定铅酸蓄电池规定在25℃环境下，以10小时率电流放电至终了电压所能达到的额定容量。10小时率额定容量用C10表示。10小时率的电流值为C10/10

其它小时率下容量表示方法为:3小时率容量(Ah)用C3表示， 在25℃环境温度下实测容量(Ah)是放电电流与放电时间(h)的乘积，阀控铅酸固定型电池C3和I3值应该为

C3=0.75 C10(Ah)

I3=2.5 I10(h)

1小时定容量(Ah)用C1表示，实测C1和I1值应为C1=0.55 C10(Ah)

I1=5.5 I10(h)

(2)实际容量

实际容量是指电池在一定条件下所能输出的电量。它等于放电电流与放电时间的乘积，单位为Ah。

电池内阻包括欧姆内阻和极化内阻，极化内阻又包括电化学极化与浓差极化。内阻的存在，使电池放电时的端电压低于电池电动势和开路电压，充电时端电压高于电动势和开路电压。电池的内阻不是常数，在充放电过程中随时间不断变化，因为活性物质的组成、电解液浓度和温度都在不断地改变。

欧姆电阻遵守欧姆定律;极化电阻随电流密度增加而增大，但不是线性关系，常随电流密度的对数增大而线性增大。

蓄电池经历一次充电和放电，称为一次循环(一个周期)。在一定放电条件下，电池工作至某一容量规定值之前，电池所能承受的循环次数，称为循环寿命。

各种蓄电池使用循环次数都有差异，传统固定型铅酸电池约为500~600次，起动型铅酸电池约为300~500次。阀控式密封铅酸电池循环寿命为1000~1200次。影响循环寿命的因素一是厂家产品的性能，二是维护工作的质量。固定型铅电池用寿命，还可以用浮充寿命(年)来衡量，阀控式密封铅酸电池浮充寿命在10年以上。

对于起动型铅酸蓄电池，按我国机电部颁标准，采用过充电耐久能力及循环耐久能力单元数来表示寿命，而不采用循环次数表示寿命。即过充电单元数应在4以上，循环耐久能力单元数应在3以上。

电池的能量是指在一定放电制度下，蓄电池所能给出的电能，通常用瓦时(Wh)表示。

电池的能量分为理论能量和实际能量。理论能量W理可用理论容量和电动势(E)的乘积表示，即

W理=C理E

电池的实际能量为一定放电条件下的实际容量C实与平均工作电压U平的乘积，即

W实=C实U平

常用比能量来比较不同的电池系统。比能量是指电池单位质量或单位体积所能输出的电能，单位分别是Wh/kg或Wh/L。

比能量有理论比能量和实际比能量之分。前者指1 kg电池反应物质完全放电时理论上所能输出的能量。实际比能量为1 kg电池反应物质所能输出的实际能量。

由于各种因素的影响，电池的实际比能量远小于理论比能量。实际比能量和理论比能量的关系可表示如下:

W实= W理·KV·KR·Km

式中 KV-电压效率; KR-反应效率; Km-质量效率。

电压效率是指电池的工作电压与电动势的比值。电池放电时，由于电化学极化、浓差极化和欧姆压降，工作电压小于电动势。

反应效率表示活性物质的利用率。

电池的比能量是综合性指标，它反映了电池的质量水平，也表明生产厂家的技术和管理水平。

蓄电池在贮存期间，由于电池内存在杂质，如正电性的金属离子，这些杂质可与负极活性物质组成微电池，发生负极金属溶解和氢气的析出。又如溶液中及从正极板栅溶解的杂质，若其标准电极电位介于正极和负极标准电极电位之间，则会被正极氧化，又会被负极还原。所以有害杂质的存在，使正极和负极活性物质逐渐被消耗，而造成电池丧失容量，这种现象称为自放电。

电池自放电率用单位时间内容量降低的百分数表示:即用电池贮存前(C10')(C10")容量差值和贮存时间T(天、月)的容量百分数表示