レドックス・フロー電池
図に、充電時のイオンの価数変化と水素イオンの移動を示した。充電時はプラス極に電流が流入(電子が流出)するので、4価のバナジウムは(電子を失い)5価に酸化される。同じくマイナス極では3価のバナジウムが(電子を得て)2価に還元される。放電時には、充電時の逆の反応が進行する。
この時、バナジウムの対イオンから見ると、プラス側では相手が過剰となり、マイナス側では不足する。これを調整するため陽イオン交換膜を水素イオン(プロトン)が通過し、バランスを取る。通過する水素イオンの量は充電した電荷と等しくなる。
循環ポンプにより、タンク内から未反応のイオンが供給される限り反応は進むが、循環液中の反応済みイオンの濃度が増すにつれ充電効率が低下する。このため実用設備の定格充電容量は、全イオン量から求まる理論値よりある程度低く設定されている(これは、リチウム電池の寿命を延ばすため、最大充電容量より少ない充電で終了させるのとはやや異なるが、同じ効果がある)。