[요약] 전지에서 전해질 농도 차, 압력 차를 깁스 자유에너지와 관련해 전지 전위(E) 혹은 기전력으로 나타낸 식 네른스트식(Nernst equation)은 전지에서 양 극의 전해질 농도 차, 압력 차를 깁스 자유에너지를 이용하여 전지의 추진력을 나타내는 전지 전위(E) 혹은 기전력을 나타내는 식이다. 1889년 독일의 화학자 발터 네른스트(Walther Nernst)가 발견하였다. 표준 상태는 25 °C, 모든 농도가 1 M, 혹은 기체상에서 1 기압인 상태를 의미하며 이때 화학 전지의 전위를 표준 전지 전위() 혹은 표준 기전력이라 한다. <비표준 상태에서의 전지 전위(네른스트식)> 화학 전지를 사용하게 되면 전류가 흐르면서 반응물의 농도는 감소하고 생성물의 농도는 증가한다. 전지 전위는 점차 감소하고 전지의 농도 차가 사라지면 궁극적으로 E=0이 되고, 이때 전지를 다 사용했다고 한다. 이렇게 전지 전위 값은 반응물과 생성물의 농도에 따라 변화하는데 농도에 따른 전지 전위의 변화 값에 관한 관계식을 네른스트가 유도하였다. (혹은 압력 변화) 농도에 따른 전지 전위의 변화는 자유 에너지와 농도의 관계식으로부터 유도 ΔG = + RT ln Q 여기서 Q는 반응 지수로, 평형 상태가 아닐 때의 농도로 나타내지만 평형 상수와 같은 모양을 가진다. 화학식에서 다음과 같이 나타낸다. ΔG = -nFE 식과 ΔGo = -nFE 식을 대입하면 다음과 같다. -nFE = -nF + RT ln Q (：표준전극전위, R：기체 상수, T：절대 온도 (K), n：산화-환원 반응식에 참여하는 전자의 수 F： 패러데이 상수=96,485 C mol-1) 이 식을 E에 대해 풀면 아래와 같은 네른스트식(Nernst equation)이 된다. E = - (RT/nF) ln Q 이 식에서 자연 로그를 상용로그로 변경하면, E = - (2.303 RT/nF) log Q 298K에서는 2.303 RT/nF 값이 0.0592가 되므로 네른스트식은 아래와 같이 간단히 정리할 수 있다. E = - (0.0592 V/n) log Q (T = 298 K) 위의 네른스트식을 이용하면 비표준 상태에서도 전지의 전지 전위를 얻을 수 있고, 반대로 전지의 전위 값을 측정하면 화학 전지 내 화학종의 농도를 알아낼 수도 있다. 네른스트식은 화학 반응의 자발성을 분석하는 데 있어서 중요한 깁스 에너지 변화를 엔탈피 효과와 엔트로피 효과를 따로 고려할 필요 없이 실험적으로 직접 측정할 수 있게 해준다는 면에서 매우 유용하다. 열역학 3 법칙이 발전하는 과정에서 저온에서 calorimetry 방법으로 엔탈피 변화를 측정하고, 네른스트 식을 사용하여 전기화학적 방법으로 깁스 에너지 변화를 측정하였는데, 많은 반응에서 온도가 낮아질수록 두 값의 차이가 같은 값으로 수렴하는 것이 밝혀졌다. 이러한 관찰로부터 절대 0도의 개념이 자리 잡았고, 네른스트는 열역학 3 법칙을 확립되었다. 또한, 네른스트식은 생물학에서 세포막 안과 바깥에서의 이온의 농도 차이를 이용하여 이온의 확산 전위(diffusion potential) 또는 평형 전위(equilibrium potential)를 구하는 데 이용된다.