De positive og negative elektrodematerialer er kritiske komponenter, der bestemmer et batteris ydeevne; Forskelle i disse materialer fører til betydelige variationer i spænding, kapacitet, cykluslevetid, sikkerhed og anvendelsesområde på tværs af forskellige batterityper. Under drift forekommer elektrokemiske reaktioner mellem de positive og negative elektroder, der genererer en elektrisk strøm gennem bevægelse af elektroner og omdanner kemisk energi til elektrisk energi. Typisk frigiver den negative elektrode elektroner (undergår oxidation), mens den positive elektrode accepterer elektroner (undergår reduktion). Valget af disse materialer har direkte indflydelse på batteriets energitæthed, opladnings-afladningseffektivitet og levetid.
Bly-syrebatterier bruger blydioxid (PbO₂) til den positive elektrode og svampet bly (Pb) til den negative elektrode, med en svovlsyreopløsning, der fungerer som elektrolytten. Under afladning reagerer begge elektrodematerialer kemisk med svovlsyren for at producere en elektrisk strøm. Kendetegnet ved moden teknologi, lave omkostninger og høj pålidelighed har bly-syrebatterier længe været brugt i automobilstartsystemer, UPS backup-strømforsyninger, telekommunikationsbasestationer og energilagringssystemer. Imidlertid resulterer den høje densitet af bly i relativt lav energitæthed og betydelig batterivægt.
Lithium-ion-batterier anvender en lang række positive og negative elektrodematerialer og repræsenterer i øjeblikket den mest udbredte batteritype. Almindelige positive elektrodematerialer omfatter lithiumjernphosphat (LiFePO₄), ternære materialer (såsom NCM-nikkel-cobolt-mangan-eller NCA-nikkel-kobolt-aluminium og lithium (cobaltOoxid); negative elektroder bruger typisk grafit, selvom nogle nyere batterier inkorporerer silicium-baserede materialer for at forbedre energilagringskapaciteten. Disse batterier fungerer gennem interkalation og de{11}}interkalering af lithium-ioner mellem de positive og negative elektroder. De tilbyder fordele såsom høj energitæthed, lav vægt og lang levetid, og de bruges i vid udstrækning i nye energikøretøjer, energilagringssystemer, elektroniske enheder og højtydende UPS-strømforsyninger.
Andre batterityper anvender også forskellige positive og negative elektrodematerialer. For eksempel bruger nikkel-metalhydrid (NiMH) batterier typisk nikkeloxyhydroxid (NiOOH) til den positive elektrode og en brint-lagerlegering til den negative elektrode, mens nikkel-cadmium (NiCd) batterier bruger nikkeloxyhydroxid til den positive elektrode og cadmium elektrode. Efterhånden som batteriteknologien fortsætter med at udvikle sig, bliver nye elektrodematerialer-såsom silicium-kulstofkompositter, fast-elektrolytter og materialer til natrium-ionbatterier-i stigende grad undersøgt og implementeret. I fremtiden vil optimering af strukturerne af katode- og anodematerialer muliggøre yderligere forbedringer i batterikapacitet, sikkerhed og cykluslevetid, hvilket giver mere pålidelig teknisk support til udvikling af ny energilagring og smarte strømsystemer.
