باتری اسید سرب در سال 1859 توسط فیزیکدان فرانسوی Gaston Planté اختراع شد و قدیمی ترین نوع باتری قابل شارژ است. با وجود داشتن یک نسبت بسیار کم انرژی به وزن و نسبت انرژی به حجم کم، توانایی آن در ارائه جریانهای پررنگ بالا به این معنی است که سلول نسبت نسبتا بزرگ نسبت به توان و وزن دارد. این ویژگی ها همراه با هزینه کم آنها را برای استفاده در وسایل نقلیه موتوری جذاب می کند تا جریان بالا مورد نیاز موتورهای شروع کننده خودرو را فراهم کند.

با مقایسه با تکنولوژی های جدیدتر ارزان تر، باتری های سرب اسید به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند حتی زمانی که جریان جرقه مهم نیست و طرح های دیگر می تواند تراکم انرژی بیشتری را فراهم کند. در سال 1999 فروش باتری اسید سرب به 40 تا 45 درصد ارزش از باتری های به فروش رسیده در سراسر جهان به استثنای چین و روسیه و ارزش بازار آن حدود 15 میلیارد دلار بود. طرح های اسیدی سرب اسید به طور گسترده ای برای ذخیره سازی در منابع قدرت پشتیبان در برج های سلولی، تنظیمات با قابلیت دسترسی به بالا مانند بیمارستان ها و سیستم های قدرت مستقل استفاده می شود. برای این نقش ها، نسخه های اصلاح شده سلول استاندارد ممکن است برای بهبود زمان ذخیره سازی و کاهش نیازهای تعمیر و نگهداری استفاده شود. سلولهای ژل و باتری های شیشه ای جذب شده در این نقش ها رایج هستند، که به طور کلی باتری های VRLA شناخته می شود.

انرژی الکتریکی تولید شده توسط یک باتری اسید اسید تخلیه می تواند به انرژی آزاد شود وقتی که مولکول های شیمیایی قوی مولکول آب (H2O) از یون های H + اسید و O2-یون های PbO2 تشکیل می شود. در عوض، در طول شارژ باتری به عنوان یک دستگاه تقسیم آب عمل می کند و در حالت شارژ انرژی شیمیایی باتری عمدتا در اسید ذخیره می شود.

دانشمند فرانسوی نیکلاس گوتهروت در سال 1801 می گوید که سیم هایی که برای آزمایش های الکترولیز مورد استفاده قرار می گیرند، مقدار کمی از جریان “ثانویه” را بعد از جدا شدن باتری اصلی جدا می کنند .  در سال 1859، باتری سرب اسید Gaston Planté اولین باتری بود که می توانست آن را با عبور جریان معکوس از طریق آن، شارژ کند. مدل اول Planté شامل دو ورق سرب جدا شده توسط نوار لاستیکی و نورد به یک مارپیچ. باتری های خود برای اولین بار برای روشن کردن چراغ در واگن های قطار مورد استفاده قرار گرفتند و در ایستگاه متوقف شدند. در سال 1881، کامیل الفونس فور، یک نسخه بهبود یافته را که شامل یک شبکه شبکه سرب بود، کشف کرد که یک رب اکسید سرب آن را تشکیل می داد، یک ورق را تشکیل می داد. این طراحی ساده تر برای تولید انبوه بود. یک تولید کننده اولیه (از سال 1886) از باتری های اسید سرب، هنری تودور بود.

این باتری با استفاده از یک الکترولیت ژل به جای مایع اجازه می دهد که باتری در موقعیت های مختلف بدون نشت استفاده شود. باتری های الکترولیت ژل برای هر موقعیت برای اولین بار از سال 1930 استفاده شد و در اواخر دهه 1920، رادیوهای چمدان قابل حمل به سلول عمودی یا افقی (اما نه معکوس) به علت طراحی دریچه اجازه می دادند (نگاه کنید به سومین نسخه دایره المعارف سازنده بی سیم Frederick James Camm) . در دهه 1970، باطری سرب-اسید با تنظیم دریچه (VRLA یا “مهر و موم شده”)، از جمله انواع ماتهای قابل جذب شیشه مدرن، اجازه کار در هر موقعیتی را توسعه داد.

تخلیه

یک سلول سرب اسید با دو صفحه سولفات سرب

به طور کامل تخلیه شده: دو صفحات سولفات سرب یکسان

در حالت تخلیه هر دو عدد مثبت و منفی سرب (II) سولفات (PbSO

4)، و الکترولیت، مقدار زیادی اسید سولفوریک حل شده را از دست می دهد و عمدتا آب می شود. فرایند تخلیه توسط کاهش شدید انرژی به دست می آید زمانی که 2 H + (aq) (پروتون های هیدرات شده) اسید واکنش با O2-ions PbO2 به منظور ایجاد اوربیتال های قوی OH در H2O (حدود -880 kJ در 18 گرم آب ) این فرایند فوق العاده ای نیز جرم سازنده انرژی نامطلوب یون های Pb2 + (aq) یا سولفات سرب (PbSO

4 (ها)).

واکنش صفحه منفی

    Pb (s) + HSO-

    4 (aq) → PbSO

    4 (ها) + H +

    (aq) + 2e-

انتشار دو الکترونی هدایت الکترود سرب را یک بار منفی می دهد

همانطور که الکترونها جمع می شوند، میدان الکتریکی ایجاد می کنند که یون های هیدروژن را جذب می کند و یون های سولفات را دفع می کنند و منجر به دو لایه در نزدیکی سطح می شوند. یونهای هیدروژن الکترودهای شار را از محلول بازتاب می دهند که واکنش بیشتر را محدود می کند مگر اینکه شارژ مجاز به خروج از الکترود شود.

واکنش مثبت صفحه

    PbO

    2 (ها) + HSO-

    4 (عیار) + 3H +

    (aq) + 2e → → PbSO

    4 (ها) + 2H

    2O (l)

با استفاده از هدایت فلزی PbO

  1. کل واکنش را می توان به عنوان نوشته شده است

    Pb (s) + PbO

    2 (ها) + 2H

    2SO

    4 (aq) → 2PbSO

    4 (ها) + 2H

    2O (l) E c e l l o {\ displaystyle E_ {cell} ^ {o}} {\ displaystyle E_ {cell} ^ {o}} = 2.05 V

انرژی خالص برای مول (207 گرم) Pb (s) به PbSO تبدیل می شود

4 (ها)، یا هر 36 گرم آب تشکیل شده است، حدود 400 کیلوگرم مجموع توده مولکولی واکنشگرها 642.6 g / mol است، به طوری که از لحاظ تئوری سلول می تواند دو فرونده بار (192،971 کولم) را از 642.6 گرم واکنش دهنده یا 83.4 آمپر ساعت در کیلوگرم (یا 13.9 آمپر ساعت در کیلوگرم برای باتری 12 ولت). برای یک سلول 2 ولت، این به 167 وات ساعت بر هر کیلوگرم واکنش دهنده می رسد، اما سلول سرب اسید در عمل فقط 30 تا 40 وات ساعت بر کیلوگرم باتری به علت جرم آب و سایر اجزای تشکیل دهنده .

شارژ

به طور کامل شارژ: صفحه منفذ سرب، صفحه مثبت دی اکسید مثبت و الکترولیت اسید سولفوریک

در حالت کاملا شارژ، صفحه منفی حاوی سرب و دی اکسید سرب مثبت با الکترولیت اسید سولفوریک متمرکز است که اکثر انرژی شیمیایی را ذخیره می کند.

بیش از حد با ولتاژ شارژ بالا باعث تولید اکسیژن و گاز هیدروژن توسط الکترولیز آب، که به سلول از دست داده است. طراحی برخی از انواع باتری اسید سرب اجازه می دهد تا سطح الکترولیت بررسی و اضافه شدن با هر آب است که از دست داده است.

با توجه به انقباض نقطه ی انجماد الکترولیت، به دلیل تخلیه باتری و غلظت اسید سولفوریک، الکترولیت احتمالا در هنگام زمستان در هنگام تخلیه، در هوا سرد می شود.

حرکت یون

در طول ترخیص، H +

تولید شده در صفحات منفی به محلول الکترولیت می رود و سپس به پلاستیک های مثبت مصرف می شود، در حالی که HSO-

4 در هر دو صفحه مصرف می شود. معکوس در طول شارژ اتفاق می افتد. این حرکت می تواند به وسیله جریان الکتریکی جریان پروتون یا مکانیسم گروتثوس یا توسط انتشار در محیط و یا جریان یک محیط الکتریکی مایع باشد. از آنجا که تراکم بیشتر است وقتی که غلظت اسید سولفوریک بالاتر است، مایع تمایل به حمل و نقل توسط convection. بنابراین، یک سلول مایع متوسط تمایل به سرعت تخلیه و به سرعت سریع تر از یک سلول ژل دیگر به طور موثر شارژ می کند.

اندازه گیری سطح شارژ

هیدرومتر می تواند برای سنجش وزن مخصوص هر سلول به عنوان اندازه گیری میزان شارژ آن استفاده شود.

از آنجایی که الکترولیت در واکنش تخلیه شارژ می شود، این باتری یکی از مزیت های مهم دیگر شیمیایی است. با توجه به اندازه گیری وزن مخصوص الکترولیت، وضعیت شارژ نسبتا ساده است. گرانش خاص به عنوان تخلیه باتری افت می کند. برخی از طرح های باتری شامل یک هیدرومتر ساده با استفاده از توپ های شناور رنگی با تراکم متفاوتی است. هنگامی که در زیردریاییهای دیزلی استفاده می شد، وزن مخصوص به طور منظم اندازه گیری شد و روی تخته سیاه در اتاق کنترل نوشته شد تا مشخص شود چقدر طولانی تر قایق می تواند در زیر آب قرار گیرد.

ولتاژ باز مدار باتری نیز می تواند برای اندازه گیری شارژر استفاده شود. اگر اتصالات به سلول های فردی قابل دسترسی باشد، می توان حالت شارژ هر سلول را مشخص کرد که می تواند راهنمای خوبی برای وضعیت سلامت باتری به عنوان یک کل باشد، در غیر این صورت ممکن است کل ولتاژ باتری ارزیابی شود.

توجه داشته باشید که هیچ تکنیکی هیچ نشانه ای از ظرفیت شارژ، تنها سطح شارژ ندارد. ظرفیت شارژ هر باطری قابل شارژ با سن و مصرف کاهش می یابد، به این معنی که حتی ممکن است برای زمان مناسب به طور کامل شارژ شود. آزمایش های دیگر، معمولا شامل تخلیه فعلی، برای تعیین ظرفیت باقیمانده باتری استفاده می شود.

ولتاژ برای استفاده معمول

شارژ باتری IUoU یک روش شارژ سه مرحله ای برای باتری های سرب اسید است. ولتاژ تئوری باتری سرب اسید 2 ولت برای هر سلول است. برای یک سلول تک، ولتاژ می تواند از 1.8 V بارگیری شده در تخلیه کامل، تا 2.10 V در یک مدار باز در شارژ کامل. ولتاژ شناور بسته به نوع باتری متفاوت است، یعنی سلول های سیل شده، الکترولیت ژل، شیشه مایع جذب شده (AGM) و محدوده 1.8 تا 2.27 ولتاژ است. ولتاژ تخلیه و ولتاژ شارژ برای سلول های سولفات می تواند از 2.67 تا تقریبا 3 V  (فقط تا زمانی که جریان شارژ جریان دارد) مقادیر ویژه برای یک باتری خاص بستگی به توصیه های طراحی و سازنده دارد و معمولا در دمای پایه 20 درجه سانتیگراد (68 درجه فارنهایت) شرایط محیطی.

صفحات

دیدگاه داخلی یک باتری سرب اسید کوچک از یک موتور سیکلت مجهز به موتور الکتریکی

سلول سرب اسید می تواند با استفاده از صفحات سرب ورق برای دو الکترود نشان داده شود. با این حال، چنین ساخت و ساز تنها حدود یک آمپر برای صفحات تقریبا کارت پستال تولید می کند، و فقط برای چند دقیقه.

Gaston Planté راهی برای ارائه سطح بسیار موثر سطح بالایی پیدا کرد. در طراحی Planté، صفحات مثبت و منفی از دو رشته فویل سرب تشکیل شده اند که با یک ورق پارچه جدا شده و با هم ترکیب شده اند. این سلول ها در ابتدا دارای ظرفیت کم بودند، بنابراین یک روند آهسته “تشکیل” برای خوردن فویل سرب، ایجاد دی اکسید سرب بر روی صفحات و شل کردن آنها برای افزایش سطح زمین مورد نیاز بود. در ابتدا این فرآیند از باطری های اولیه برق مصرف می کرد؛ زمانی که ژنراتورها پس از سال 1870 در دسترس قرار گرفت، هزینه تولید باتری تا حد زیادی کاهش یافت صفحات Planté در برخی از برنامه های کاربردی ثابت استفاده می شود، جایی که صفحات به صورت مکانیکی به منظور افزایش سطح زمین مورد استفاده قرار می گیرند.

در سال 1880، کامیل الفونس فور، یک روش برای پوشش یک شبکه سرب (که به عنوان هادی هدایت می شود) با یک رب اکسید سرب، اسید سولفوریک و آب، اختراع شده بود، و پس از آن فاز خیس شدن، در آن صفحات با حرارت ملایم در معرض حرارت بالا قرار گرفتند محیط رطوبت فرآیند پخت باعث شده که پاستر به مخلوطی از سولفات سرب که به پلاستیک سرب بستگی دارد تغییر کند. سپس، در طول شارژ اولیه باتری (به نام “تشکیل”) خمیر پخته شده در صفحات به مواد الکتروشیمیایی فعال (“جرم فعال”) تبدیل شد. فرای فور به طور قابل توجهی کاهش زمان و هزینه تولید باتری های سرب اسید و افزایش ظرفیت نسبت به باتری Planté را افزایش داد. روش فور هنوز در حال استفاده در حال حاضر است، با تنها بهبود های افزایشی برای ترکیب paste، درمان (که هنوز هم با بخار انجام می شود، اما در حال حاضر یک فرآیند بسیار محکم کنترل)، و ساختار و ترکیب شبکه، که خمیر است استفاده می شود.

شبکهی توسعه یافته توسط فور، از سرچشمه خالص با میلههای اتصال سرب در زاویه راست بود. در مقابل، شبکه های کنونی به منظور تقویت قدرت مکانیکی و بهبود جریان فعلی شکل می گیرند. علاوه بر الگوهای شبکه های مختلف (به طور ایده آل، تمام نقاط بر روی صفحه به طور مساوی از هادی قدرت هستند)، فرآیندهای مدرن نیز یک یا دو تشک نازک فیبر شیشه ای را بر روی شبکه اعمال می کنند تا وزن را به طور مساوی توزیع کند. و در حالی که فور از سرب خالص برای شبکه های خود استفاده می کرد، در طی یک سال (1881) آنها توسط آلیاژهای سرب آنتیگ (8-12٪) جایگزین شدند تا ساختارهای اضافی را تضمین کنند. با این حال شبکه های دارای آنتیموان دارای پیشرفت هیدروژن بیشتری هستند (که به عنوان سن باتری نیز شتاب می گیرند) و در نتیجه هزینه های نگهداری بیشتر و هزینه های نگهداری بیشتر. این مسائل توسط U. B. Thomas و W. E. Haring در آزمایشگاه Bell در دهه 1930 شناسایی شد و در نهایت منجر به توسعه آلیاژهای سرب کلسیم در سال 1935 برای باتری های آماده به کار در شبکه تلفن ایالات متحده شد. تحقیقات مرتبط با آن باعث شده است که چند سال بعد در اروپا از آلیاژهای سیمان سرب در اروپا استفاده شود. هر دو آلیاژ سرب کلسیم و سرب-سلنیوم همچنان آنتیموان را اضافه می کنند، گرچه در مقادیر بسیار کمی نسبت به شبکه های با انترانس آنتی ژنی بزرگتر، شبکه های سرب کلسیم 4-6 درصد آنتیموان دارند و شبکه های سرب-سلنیوم 1-2 درصد دارند. این پیشرفت های متالورژیکی سبب قدرت بیشتری برای شبکه می شود که به آن وزن بیشتری را می بخشد، یعنی ماده فعال تر، و بنابراین صفحات می توانند ضخیم تر باشند، که به نوبه ی خود باعث طول عمر باتری می شود، زیرا مواد بیشتر در معرض ریختن قرار می گیرند تا باتری غیر قابل استفاده شود. شبکه های آلیاژی دارای آنتیموان هنوز در باتری هایی هستند که برای دوچرخه سواری مکرر استفاده می شوند، برای مثال در برنامه های کاربردی موتور که در آن انبساط / انقباض مکرر صفحات نیاز به جبران دارد، اما جایی که گاز خروجی غیر قابل اندازه گیری است زیرا جریان شارژ باقی می ماند. از سال 1950، باتری های طراحی شده برای برنامه های دوچرخه سواری نادر (به عنوان مثال، باتری های باتری آماده به کار) به طور فزاینده ای از شبکه های آلیاژ سرب کلسیم یا سرب-سلنیوم استفاده می کنند، زیرا این هیدروژن کمتری دارد و بنابراین سربار نگهداری کمتری دارد. شبکه های آلیاژ سرب کلسیم ارزان تر هستند (سلول ها به این ترتیب هزینه های پایین تر از قبل دارند)، و دارای میزان خود تخلیه کمتری و الزامات آبیاری پایین، اما هدایت نسبتا ضعیف تر دارند، از لحاظ مکانیکی ضعیف تر (و بنابراین نیاز به آنتیموان بیشتری دارند برای جبران)، و به شدت به خوردگی (و بنابراین طول عمر کوتاه تر) از سلول های با شبکه آلیاژ سرب-سلنیوم است.

اثر مدار باز، از بین رفتن عمر چرخه باتری است که زمانی که کلسیم برای آنتیموان جایگزین شد، کاهش چشمگیری داشته است. همچنین به عنوان اثر آزاد آنتیموان شناخته شده است.

رب مدرن روزانه حاوی کربن سیاه، رقیق بلان (سولفات باریم) و لیگنوسولفونات است. اصلاح بلان به عنوان یک کریستال دانه برای واکنش سولفات سرب به سر عمل می کند. رفع ریزش مو باید به طور کامل در پوسته پراکنده شود تا بتواند موثر باشد. لیگنوسولفونات مانع از ایجاد یک جامد جامد در صفحات منفی می شود