Ένα βολταϊκό στοιχείο είναι μια συσκευή που κατασκευάζεται από τη σύνδεση δύο διαφορετικών μετάλλων μεταξύ τους και τη βύθιση του συνδυασμένου τεμαχίου σε κάποιο είδος ρευστού που δημιουργεί μια αγώγιμη ατμόσφαιρα. Ο γενικός σκοπός ενός βολταϊκού στοιχείου είναι να μετατρέψει τη χημική αντίδραση μεταξύ των μετάλλων και του ρευστού σε ηλεκτρικό φορτίο. Ένα από τα πιο συνηθισμένα παραδείγματα είναι απλώς μια μπαταρία, που χρησιμοποιείται για την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας σε συσκευές που δεν είναι συνδεδεμένες σε μια πηγή τροφοδοσίας κεντρικού δικτύου.
Ο βασικός τρόπος λειτουργίας ενός βολταϊκού στοιχείου είναι η χρήση της γαλβανικής τεχνικής. Ένα γαλβανικό βολταϊκό στοιχείο αποτελείται από δύο μέταλλα, όπως ο χαλκός και ο ψευδάργυρος, τοποθετημένα πολύ κοντά το ένα στο άλλο. Αυτό το ενοποιημένο κομμάτι στη συνέχεια καλύπτεται με αλμυρό νερό, το οποίο προκαλεί την ηλεκτροχημική αντίδραση. Το κλειδί πίσω από την αντίδραση προέρχεται από το γεγονός ότι το μέταλλο περιέχει κατιόντα, ιόντα με περισσότερα πρωτόνια από ηλεκτρόνια. Τα κατιόντα αντιδρούν με το νερό, το οποίο περιέχει ανιόντα, ιόντα με περισσότερα ηλεκτρόνια από πρωτόνια.
Είναι απαραίτητο να διατηρούνται και τα δύο μέταλλα χωρισμένα με ένα μικρό φράγμα. Αυτό συμβαίνει επειδή το ένα μέταλλο θα προκαλέσει τη μείωση της οξείδωσης μέσα στο άλλο, ενώ το άλλο μέταλλο αυξάνει την οξείδωση. Η αντίδραση μεταξύ των κατιόντων και των ανιόντων δημιουργεί μια ανταλλαγή ηλεκτρονίων και ως εκ τούτου, τη δημιουργία ηλεκτρισμού.
Όταν ένας αριθμός από αυτά τα γαλβανικά βολταϊκά στοιχεία τοποθετείται σε μια σειρά, αναφέρεται ως βολταϊκός σωρός. Η εναλλαγή των δύο μετάλλων με κάποιο είδος φράγματος ηλεκτρολυτών μπορεί να δημιουργήσει την ηλεκτροχημική αντίδραση. Εάν συνδεθούν τα δύο άκρα του βολταϊκού σωρού, θα δημιουργηθεί ένα ηλεκτρικό ρεύμα, το οποίο μπορεί στη συνέχεια να χρησιμοποιηθεί για την τροφοδοσία άλλων συσκευών με τη μορφή μπαταρίας.
Μία από τις παρενέργειες της βολταϊκής αντίδρασης είναι η διάβρωση. Λόγω της συνεχιζόμενης χημικής αντίδρασης, η ανταλλαγή ηλεκτρονίων προκαλεί τελικά την αποικοδόμηση των μετάλλων. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο μια μπαταρία τελικά πεθαίνει αντί να διαρκεί για πάντα.
Η χρήση του βολταϊκού στοιχείου φαίνεται να χρονολογείται από την αρχαιότητα με την ανακάλυψη της μπαταρίας της Βαγδάτης το 1936, μιας σειράς γαλβανικών κυψελών τοποθετημένων σε μεγάλα βάζα από κάποια στιγμή στους πρώτους αιώνες μ.Χ. Ωστόσο, μόλις το έργο του Luigi Galvani στα τέλη του 1700 εκσυγχρονίστηκε η τεχνολογία των μπαταριών. Ο Galvani ανακάλυψε ότι συνδέοντας τον χαλκό και τον ψευδάργυρο μαζί, μπόρεσε να κάνει τους μύες στο πόδι ενός βατράχου να σπάσουν. Ο Alessandro Volta πήρε αυτές τις πληροφορίες και τις προσάρμοσε στον βολταϊκό σωρό το 1800.