原电池是一种通过自发氧化还原反应将化学能直接转化为电能的装置。其工作原理可概括如下：

1. 基本结构

• 两个电极：由活泼性不同的金属（或导体）构成，分别作为负极（阳极）和正极（阴极）。
• 电解质溶液：提供离子迁移的介质，通常为酸、盐或碱性溶液。
• 盐桥（双液电池）：连接两种电解质，维持电荷平衡（单液电池可能不需要）。

2. 电极反应

• 负极（阳极）：发生氧化反应，活泼金属失去电子，转化为离子进入溶液。
  例如：锌电极
  $$\text{Zn} \rightarrow \text{Zn}^{2+} + 2e^-$$

• 正极（阴极）：发生还原反应，溶液中的阳离子获得电子。
  例如：铜电极在稀硫酸中
  $$2\text{H}^+ + 2e^- \rightarrow \text{H}_2↑$$

3. 电子与电流的流动

• 电子路径：电子从负极经外电路流向正极，形成电流。
• 电流方向：与外电路电子流动方向相反（电流由正极→负极）。

4. 离子迁移

• 内部回路：电解质溶液中，阴离子（如SO₄²⁻）移向负极，阳离子（如H⁺、Zn²+）移向正极，维持电中性。
• 盐桥作用：通过离子（如K⁺、NO₃⁻）迁移平衡电荷，防止反应中断。

5. 电压与反应终止

• 电动势：由两电极的电位差决定（如锌-铜电池约1.1V）。
• 终止条件：当负极金属完全溶解或反应物耗尽时，电池停止工作。

实例：铜锌电池（伏打电池）

• 负极（Zn）：Zn溶解为Zn²+，释放电子。
• 正极（Cu）：H⁺获得电子生成H₂气泡。
• 总反应：
  $$\text{Zn} + 2\text{H}^+ \rightarrow \text{Zn}^{2+} + \text{H}_2↑$$

通过上述过程，原电池持续将化学能转化为电能，直至反应物消耗完毕。这一原理广泛应用于干电池、蓄电池等日常电源中。