Proses elektrokimia adalah reaksi kimia yang disebabkan atau disebabkan oleh pergerakan arus listrik. Proses ini adalah jenis reaksi oksidasi-reduksi di mana satu atom atau molekul kehilangan elektron ke atom atau molekul lain. Dalam reaksi elektrokimia, atom atau molekul dalam reaksi relatif berjauhan satu sama lain dibandingkan dengan reaksi lain, memaksa elektron yang ditransfer untuk menempuh jarak yang lebih jauh dan dengan demikian menghasilkan arus listrik. Banyak fenomena alam yang didasarkan pada proses elektrokimia, seperti korosi logam, kemampuan beberapa makhluk laut untuk menghasilkan medan listrik, dan cara kerja sistem saraf manusia dan hewan lainnya. Mereka juga memainkan peran penting dalam teknologi modern, yang paling menonjol dalam penyimpanan daya listrik dalam baterai, dan proses elektrokimia yang disebut elektrolisis penting dalam industri modern.
Aktivitas sistem saraf, dari reaksi sederhana dan perilaku naluriah yang ditemukan bahkan pada hewan primitif hingga kemampuan belajar dan penalaran manusia yang kompleks, bergantung pada proses elektrokimia. Neuron menggunakan proses elektrokimia untuk mengirimkan informasi melalui sistem saraf, memungkinkan sistem saraf untuk berkomunikasi dengan dirinya sendiri dan dengan seluruh tubuh. Untuk mengirim sinyal, proses kimia di neuron menghasilkan impuls listrik yang dikirim melalui struktur memanjang yang disebut akson hingga mencapai sinapsis, titik kontak antara neuron dan sel tetangga. Pada sinaps, listrik menyebabkan pelepasan bahan kimia yang disebut neurotransmiter, yang melintasi sinaps ke sel yang diberi sinyal. Neurotransmiter kemudian secara kimiawi berikatan dengan struktur yang disebut reseptor pada sel target, memicu proses biokimia lebih lanjut di dalamnya.
Kemampuan ikan seperti belut listrik, pengamat bintang, dan sinar torpedo untuk menghasilkan medan listrik merupakan hasil dari proses elektrokimia. Ikan listrik memiliki sel khusus yang disebut elektrosit. Protein transpor mengikat dengan ion kalium dan natrium positif di dalam sel dan membawanya pergi, membangun muatan listrik di dalam sel. Ketika listrik ini dibutuhkan, bagian dari sistem saraf yang disebut nukleus perintah meduler mengirimkan impuls listrik ke sel saraf lain, yang memicu pelepasan neurotransmitter asetilkolin. Ikatan neurotransmitter dengan reseptor asetilkolin dari elektrosit, yang memicu pelepasan muatan elektrosit.
Baterai listrik menggunakan proses elektrokimia untuk menyimpan dan melepaskan listrik. Reaksi kimia di dalam sel-sel listrik yang membentuk baterai menciptakan perbedaan muatan antara dua bagian setiap sel, menghasilkan arus listrik. Baterai isi ulang menghasilkan listrik dengan reaksi kimia yang dapat dibalik, sehingga dapat dikembalikan ke konfigurasi kimia aslinya jika listrik diberikan dari sumber luar. Reaksi dalam baterai yang tidak dapat diisi ulang tidak memiliki kualitas ini, meskipun biasanya menghasilkan lebih banyak daya listrik daripada yang dapat diberikan oleh baterai yang dapat diisi ulang dalam sekali pengisian.
Berbagai reaksi kimia yang berbeda digunakan dalam baterai. Baterai nikel-kadmium, yang biasa digunakan pada lampu dan peralatan rumah tangga, didasarkan pada reaksi terpisah antara kadmium dan nikel dengan basa, biasanya larutan kalium hidroksida (KOH), dan air. Baterai nikel-logam hidrida serupa, tetapi ganti kadmium dengan senyawa intermetalik yang terbuat dari mangan, aluminium, atau kobalt yang dicampur dengan logam tanah jarang seperti praseodymium, lantanum, dan serium. Baterai litium dapat menggunakan berbagai reaksi yang melibatkan senyawa litium, dengan jenis yang paling umum menggunakan mangan dioksida (MnO2) dan larutan litium perklorat (LiClO4), dimetoksietana (C4H10O2), dan propilen karbonat (C4H6O3).
Elektrolisis adalah proses elektrokimia di mana arus listrik digunakan untuk memicu reaksi kimia dalam suatu zat yang mengandung ion bebas, yang disebut elektrolit. Elektrolit dilebur atau dilarutkan dalam pelarut, dan dua elektroda, yang disebut anoda dan katoda, direndam di dalamnya. Ketika potensial listrik diterapkan antara elektroda, listrik mulai mengalir di antara mereka, dan setiap elektroda mulai menarik ion dengan kebalikan dari muatannya sendiri. Ion-ion mendapatkan atau kehilangan elektron ke elektroda, menyebabkan oksidasi molekul di dekat anoda dan reduksi molekul di dekat katoda. Elektrolisis digunakan di banyak bidang proses industri, termasuk metalurgi, produksi bahan kimia seperti kalium klorat dan (KClO3) asam trifluoroasetat (C2HF3O2), dan ekstraksi unsur yang sangat reaktif yang tidak ditemukan dalam bentuk unsurnya di alam, seperti seperti natrium dan magnesium.