ZEBRA电池一般在放电状态下组装，主要使用金属镍和氯化钠作为电极材料，同时使用熔融NaAlCl4作为正极的辅助电解质。与钠硫电池类似，由于使用b²-氧化铝陶瓷电解质，ZEBRA电池需要一定的工作温度，通常为250～300℃。电池的基本电化学反应为
2.2 ZEBRA电池的特性与性能优化
与钠硫电池不同的是，ZEBRA电池的电化学反应不存在安全隐患，即使在严重事故发生的状况下，ZEBRA电池也没有严重的危险性。因此ZEBRA电池被认为是为数不多的高安全性二次电池。同时，ZEBRA电池还具有很强的耐过充电和过放电的能力。过充电反应为
295℃时的电位为3.05V。电池过放电电化学反应为
基于上述电化学反应，ZEBRA电池呈现短路型的损坏机理，因此，在电池组中，即使有一个电池出现损坏，电池组仍然可以运行。由于ZEBRA电池没有副反应，其库仑效率为100%，所以可以比较容易地实现对电池充放电状态的估计。与钠硫电池类似，ZEBRA采用全密封结构的设计，并在恒定的温度下工作，因此具有很强的环境适应性和零维护的特性。
对ZEBRA电池的正极组成进行改性是提高电池比能量的有效途径，基于钠/氯化镍电池反应的ZEBRA电池能量密度约94W˙h/kg，通过在正极材料中加入添加剂（如Al和NaF），可使电池的能量密度提高到140W˙h/kg。加入的Al在电池首次充电过程中与NaCl发生反应生成NaAlCl4和金属钠。生成的金属钠存储在负极中可提高电池容量，同时生成的NaAlCl4可提高正极的离子电导性。实验还证明，在正极材料中掺杂FeCl2，ZEBRA电池的功率密度可以得到有效的提高。
高导电率的集流体对降低电池内阻也具有重要的作用，在ZEBRA电池中使用铜集流体与纯镍集流体相比，集流体电阻降低80%，对电池功率密度的提高有显著的效果。在正极材料中加入硫可以起到提高电极材料利用率和稳定容量的作用。另外，在加入硫的同时加入碘化钠会有更好的效果，原因在于当电压低于碘形成的最低电压（2.8V）时，碘离子会修饰在NiCl2表面，降低内阻，而当电压高于2.8V时，碘的形成可以提高电池额外的容量。随着电池的循环，碘的高溶解度使得它更容易到达阴极的活性位置，加快电极反应的进行。
