Ein elektrischer Strom ist ein Fluss von Ladungsträgern. In Metallen sind das die frei beweglichen Elektronen. In Lösungen sind es Ionen. Du kannst das mit einem Leitfähigkeitsprüfer testen: zwei Elektroden, die in die Flüssigkeit tauchen, dazu eine Spannungsquelle und eine Lampe. Als Quelle dient eine ungefährliche Kleinspannung aus einem Netzgerät oder einer Batterie, nie die Steckdose.

Positive Ionen heißen Kationen, negative Anionen. Im elektrischen Feld wandern die Kationen zum Minuspol und die Anionen zum Pluspol. Anders als bei den Elektronen im Metall wird dabei Stoff transportiert.

Bei der Elektrolyse erzwingt man mit einer elektrischen Gleichspannung eine Redoxreaktion, die von allein nicht abläuft. Zwei Elektroden tauchen in die Lösung und sind mit der Spannungsquelle verbunden. Die Quelle pumpt Elektronen zu der einen Elektrode hin und holt sie von der anderen weg.

• Die Kathode ist die Elektrode, an der die Reduktion abläuft. Bei der Elektrolyse ist sie der Minuspol. Kationen wandern zu ihr und nehmen Elektronen auf.
• Die Anode ist die Elektrode, an der die Oxidation abläuft. Bei der Elektrolyse ist sie der Pluspol. Anionen wandern zu ihr und geben Elektronen ab.

Bei der Elektrolyse wird elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt.

Ein galvanisches Element liefert Strom aus einer Redoxreaktion, die von allein abläuft. Dazu trennt man Reduktionsmittel und Oxidationsmittel. Jede Seite heißt Halbzelle: ein Metall in der Lösung seiner Ionen.

Das Daniell-Element besteht aus einer Zinkelektrode in Zinksulfat-Lösung und einer Kupferelektrode in Kupfersulfat-Lösung. Zwischen den Lösungen liegt ein Diaphragma, eine poröse Wand. Sie lässt Ionen durch, hält die Lösungen aber getrennt. Außen verbindet ein Draht die Elektroden, in den du einen Verbraucher oder ein Voltmeter schaltest.

Zink steht in der Redoxreihe über Kupfer und ist das stärkere Reduktionsmittel. Zink gibt Elektronen ab, es ist die Anode: $\mathrm{Zn} \rightarrow \mathrm{Zn^{2+}} + 2\,\mathrm{e^-}$. Die Elektronen fließen durch den Draht zur Kupferelektrode. Dort nehmen Kupfer-Ionen sie auf, es ist die Kathode: $\mathrm{Cu^{2+}} + 2\,\mathrm{e^-} \rightarrow \mathrm{Cu}$. Das Zinkblech wird dünner, das Kupferblech dicker. Gesamtgleichung: $\mathrm{Zn} + \mathrm{Cu^{2+}} \rightarrow \mathrm{Zn^{2+}} + \mathrm{Cu}$.

Im Draht fließen Elektronen. In den Lösungen und durch das Diaphragma wandern Ionen und schließen den Stromkreis. Bei Lösungen mit 1 mol/L liefert das Daniell-Element etwa 1,1 V. Die Spannung hängt davon ab, wie weit die beiden Metalle in der Redoxreihe auseinander liegen. Hier wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt, also das Umgekehrte wie bei der Elektrolyse.

Technische Stromquellen nutzen dasselbe Prinzip.

• Eine Batterie ist ein galvanisches Element, das man nur einmal entlädt. Ist das Reduktionsmittel aufgebraucht (zum Beispiel das Zink in einer Zink-Kohle- oder Alkali-Mangan-Batterie), ist sie leer. Sie gehört in die Sammelstelle.
• Ein Akkumulator (kurz Akku) lässt sich wieder aufladen. Beim Entladen läuft die Redoxreaktion freiwillig ab wie im galvanischen Element. Beim Laden legt man eine Spannung an, und die Reaktion läuft rückwärts. Das Laden ist also eine Elektrolyse. Beispiele sind der Blei-Akku im Auto und der Lithium-Ionen-Akku im Handy.
• Eine Brennstoffzelle wandelt die Energie eines Brennstoffs direkt in Strom um. Wasserstoff und Sauerstoff werden laufend von außen zugeführt, die Elektroden werden nicht verbraucht. An der Anode gilt $2\,\mathrm{H_2} \rightarrow 4\,\mathrm{H^+} + 4\,\mathrm{e^-}$, an der Kathode $\mathrm{O_2} + 4\,\mathrm{H^+} + 4\,\mathrm{e^-} \rightarrow 2\,\mathrm{H_2O}$. Gesamt: $2\,\mathrm{H_2} + \mathrm{O_2} \rightarrow 2\,\mathrm{H_2O}$. Das einzige Produkt ist Wasser. Der Wasserstoff muss aber erst hergestellt werden, zum Beispiel durch Elektrolyse von Wasser, und das kostet Energie.