بطارية الرصاص الحمضية

في حالة التفريغ، تتحول كل من الألواح الموجبة والسالبة إلى كبريتات الرصاص ( PbSO₄ ).₄ )،الإلكتروليتالكثير منحمض الكبريتيكويصبح في الأساس ماءً.

رد فعل سلبي على اللوحة

Pb(s) + HSO ⁻ ₄ (aq) → PbSO₄ (s) +H ⁺(aq) + 2e ⁻

يؤدي إطلاق إلكترونين موصلين إلى إعطاء قطب الرصاص شحنة سالبة.

مع تراكم الإلكترونات، يتولد مجال كهربائي يجذب أيونات الهيدروجين ويدفع أيونات الكبريتات، مما يؤدي إلى تكوين طبقة مزدوجة قرب السطح. تحجب أيونات الهيدروجين القطب المشحون عن المحلول، مما يحد من استمرار التفاعل ما لم يُسمح بتدفق الشحنة خارج القطب.

تفاعل إيجابي في الصفيحة

أكسيد الرصاص₂ (صلب) +HSO ⁻ ₄ (مائي) + 3H ⁺(aq) + 2e ⁻ → PbSO₄ (s) + 2H₂ O(l)

الاستفادة من الموصلية المعدنية لأكسيد الرصاص (PbO)₂ .

يمكن كتابة التفاعل الكلي على النحو التالي:

Pb (s) + PbO₂ (s) + 2H₂ SO₄ (aq) → 2PbSO₄ (s) + 2H₂ O(l) ${\displaystyle E_{cell}^{\circ }=2.05{\text{ V}}}$

الطاقة الصافية المنطلقة لكل مول (207 جم) من الرصاص الصلب المتحول إلى كبريتات الرصاص_{تبلغ طاقة التفاعل 4} (ثانية) حوالي 400 كيلوجول، ما يعادل تكوين 36 غرامًا من الماء. مجموع الكتل الجزيئية للمتفاعلات هو 642.6 غرام/مول، لذا نظريًا، يمكن للخلية أن تنتجفارادايين(192,971كولوم) من 642.6 غرام من المتفاعلات، أو 83.4أمبير-ساعةلكل كيلوغرام لخلية جهدها 2 فولت (أو 13.9 أمبير-ساعة لكل كيلوغرام لبطارية جهدها 12 فولت). هذا يعادل 167واط-ساعةلكل كيلوغرام من المتفاعلات، ولكن عمليًا، لا تُنتج خلية الرصاص الحمضية سوى 30-40 واط-ساعة لكل كيلوغرام من البطارية، نظرًا لكتلة الماء والمكونات الأخرى.

في حالة الشحن الكامل، يتكون اللوح السالب من الرصاص، بينما يتكون اللوح الموجب من ثاني أكسيد الرصاص . يحتوي محلول الإلكتروليت على تركيز أعلى من حمض الكبريتيك المائي، الذي يخزن معظم الطاقة الكيميائية.

يؤدي الشحن الزائد باستخدام فولتية عالية إلى توليد غازي الأكسجين والهيدروجين عن طريق التحليل الكهربائي للماء ، حيث يتسربان على شكل فقاعات ويفقدان. يسمح تصميم بعض أنواع بطاريات الرصاص الحمضية (مثل البطاريات السائلة، وليس بطاريات الرصاص الحمضية المنظمة بصمام (مثل بطاريات AGM أو الجل) ) بفحص مستوى الإلكتروليت وإضافة الماء النقي لتعويض أي كمية مفقودة بهذه الطريقة.

بسبب انخفاض نقطة التجمد ، يكون من المرجح أن يتجمد الإلكتروليت في بيئة باردة عندما تكون شحنة البطارية منخفضة وتركيز حمض الكبريتيك منخفضًا بشكل مماثل.

أثناء التفريغ، H ⁺تنتقل الشحنة المتولدة عند الألواح السالبة إلى محلول الإلكتروليت، ثم تُستهلك عند الألواح الموجبة، بينما _{تُستهلك} أيونات HSO₄⁻ ^عند كلا اللوحين. ويحدث العكس أثناء الشحن. قد تكون هذه الحركة ناتجة عن تدفق البروتونات بفعل التيار الكهربائي ( آلية غروثوس )، أو عن طريق الانتشار عبر الوسط، أو عن طريق تدفق وسط إلكتروليتي سائل. ولأن كثافة الإلكتروليت تزداد مع ارتفاع تركيز حمض الكبريتيك، فإن السائل يميل إلى الدوران بفعل الحمل الحراري . لذلك، تميل خلية الوسط السائل إلى التفريغ والشحن بسرعة وكفاءة أعلى من خلية هلامية مماثلة لها في الخصائص الأخرى.

يمكن إثبات فعالية خلية الرصاص الحمضية باستخدام صفائح رصاصية كقطبين كهربائيين. مع ذلك، لا ينتج هذا التصميم سوى حوالي أمبير واحد للصفائح التي بحجم بطاقة بريدية تقريبًا، ولمدة دقائق معدودة فقط.

ابتكر غاستون بلانتيه طريقةً لتوفير مساحة سطح فعّالة أكبر بكثير. في تصميم بلانتيه، صُنعت الألواح الموجبة والسالبة من حلزونين من رقائق الرصاص، يفصل بينهما قطعة قماش، ثم لُفّت على شكل لفائف. كانت سعة الخلايا في البداية منخفضة، لذا تطلّب الأمر عملية تشكيل بطيئة لتآكل رقائق الرصاص، مما أدى إلى تكوين ثاني أكسيد الرصاص على الألواح وزيادة خشونة سطحها لزيادة مساحة السطح. في البداية، استخدمت هذه العملية الكهرباء من البطاريات الأولية؛ وعندما أصبحت المولدات الكهربائية متاحة بعد عام 1870، انخفضت تكلفة إنتاج البطاريات بشكل كبير. ^{[ 8 ]} لا تزال ألواح بلانتيه تُستخدم في بعض التطبيقات الثابتة، حيث تُحفر أخاديد ميكانيكية في الألواح لزيادة مساحة سطحها.

في عام 1880، حصل كاميل ألفونس فور على براءة اختراع لطريقة طلاء شبكة الرصاص (التي تعمل كموصل للتيار) بمعجون من أكاسيد الرصاص وحمض الكبريتيك والماء، تليها مرحلة معالجة يتم فيها تعريض الألواح لحرارة خفيفة في بيئة عالية الرطوبة. حوّلت عملية المعالجة المعجون إلى خليط من كبريتات الرصاص التي التصقت بلوح الرصاص. ثم، خلال عملية الشحن الأولية للبطارية (المسماة مرحلة التكوين )، تحوّل المعجون المعالج على الألواح إلى مادة نشطة كهروكيميائيًا ( الكتلة النشطة ). قلّلت عملية فور بشكل كبير من وقت وتكلفة تصنيع بطاريات الرصاص الحمضية، وحققت زيادة كبيرة في السعة مقارنةً ببطارية بلانتيه. ^{[ 20 ]} لا تزال طريقة فور مستخدمة حتى اليوم، مع تحسينات طفيفة فقط على تركيبة المعجون، والمعالجة (التي لا تزال تتم بالبخار، ولكنها الآن عملية محكمة التحكم للغاية)، وبنية وتركيب الشبكة التي يُطبّق عليها المعجون.

كانت الشبكة التي طورها فور مصنوعة من الرصاص النقي، مع قضبان توصيل من الرصاص بزوايا قائمة. في المقابل، تُصمم الشبكات الحديثة لتحسين المتانة الميكانيكية وتدفق التيار. بالإضافة إلى أنماط الشبكات المختلفة (حيث تكون جميع النقاط على اللوحة متساوية البعد عن موصل الطاقة)، ​​تستخدم العمليات الحديثة أيضًا طبقة أو طبقتين رقيقتين من الألياف الزجاجية فوق الشبكة لتوزيع الوزن بشكل أكثر توازنًا. وبينما استخدم فور الرصاص النقي في شبكاته، استُبدلت هذه الشبكات في غضون عام (1881) بسبائك الرصاص والأنتيمون (8-12%) لإضفاء صلابة إضافية على الهياكل. مع ذلك، تتميز الشبكات عالية الأنتيمون بارتفاع انبعاث الهيدروجين (الذي يتسارع أيضًا مع تقدم عمر البطارية)، وبالتالي زيادة انبعاث الغازات وارتفاع تكاليف الصيانة. وقد حدد يو بي توماس و دبليو إي هارينغ هذه المشكلات في مختبرات بيل في ثلاثينيات القرن العشرين، مما أدى في النهاية إلى تطوير سبائك الرصاص والكالسيوم في عام 1935 لبطاريات الطاقة الاحتياطية في شبكة الهاتف الأمريكية. أدت الأبحاث ذات الصلة إلى تطوير سبائك شبكية من الرصاص والسيلينيوم في أوروبا بعد بضع سنوات. لا تزال سبائك الرصاص والكالسيوم والرصاص والسيلينيوم تُضاف إليها الأنتيمون، وإن كان بكميات أقل بكثير من الشبكات القديمة عالية الأنتيمون: إذ تحتوي شبكات الرصاص والكالسيوم على 4-6% من الأنتيمون، بينما تحتوي شبكات الرصاص والسيلينيوم على 1-2%. تُعطي هذه التحسينات المعدنية الشبكة مزيدًا من المتانة، مما يسمح لها بحمل وزن أكبر، وبالتالي كمية أكبر من المادة الفعالة، وبالتالي يمكن أن تكون الألواح أكثر سمكًا، وهو ما يُسهم بدوره في إطالة عمر البطارية نظرًا لوجود كمية أكبر من المادة التي يمكن التخلص منها قبل أن تصبح البطارية غير قابلة للاستخدام. لا تزال الشبكات المصنوعة من سبائك عالية الأنتيمون تُستخدم في البطاريات المُصممة للاستخدام المتكرر، مثل تطبيقات بدء تشغيل المحركات حيث يلزم تعويض التمدد/الانكماش المتكرر للألواح، ولكن حيث لا يكون انبعاث الغازات كبيرًا نظرًا لانخفاض تيارات الشحن. منذ خمسينيات القرن الماضي، أصبحت البطاريات المصممة للاستخدامات التي تتطلب دورات شحن وتفريغ غير متكررة (مثل بطاريات الطاقة الاحتياطية) تعتمد بشكل متزايد على شبكات من سبائك الرصاص والكالسيوم أو الرصاص والسيلينيوم، نظرًا لانخفاض انبعاث الهيدروجين فيها، وبالتالي انخفاض تكاليف الصيانة. تتميز شبكات سبائك الرصاص والكالسيوم بانخفاض تكلفة تصنيعها (مما يقلل التكاليف الأولية للخلايا)، وانخفاض معدل التفريغ الذاتي، وانخفاض متطلبات إضافة الماء، إلا أنها أقل كفاءة في التوصيل الكهربائي، وأضعف ميكانيكيًا (مما يستدعي إضافة كمية أكبر من الأنتيمون لتعويض ذلك)، وأكثر عرضة للتآكل (مما يؤدي إلى قصر عمرها الافتراضي) مقارنةً بالخلايا ذات شبكات سبائك الرصاص والسيلينيوم.

تُعرف ظاهرة الدائرة المفتوحة بانخفاض كبير في عمر دورة البطارية، وقد لوحظت هذه الظاهرة عند استبدال الكالسيوم بالأنتيمون. وتُعرف أيضاً بظاهرة خلو البطارية من الأنتيمون. ^{[ 21 ]}

تحتوي المعجونات الحديثة على الكربون الأسود ، وكبريتات الباريوم ( blanc fixe )، والليغنوسلفونات . تعمل كبريتات الباريوم كبذرة بلورية لتفاعل الرصاص مع كبريتات الرصاص . يجب تشتيت كبريتات الباريوم تمامًا في المعجون ليكون فعالًا. تمنع الليغنوسلفونات الصفيحة السالبة من تكوين كتلة صلبة أثناء دورة التفريغ، مما يسمح بتكوين تفرعات طويلة تشبه الإبر . تتميز هذه البلورات الطويلة بمساحة سطح أكبر، ويمكن تحويلها بسهولة إلى حالتها الأصلية عند الشحن. يُعاكس الكربون الأسود تأثير تثبيط التكوين الناتج عن الليغنوسلفونات. يُعد مُشتت مكثف النفثالين المُسلفن مُوسعًا أكثر فعالية من الليغنوسلفونات، ويُسرع عملية التكوين. يُحسّن هذا المُشتت تشتت كبريتات الباريوم في المعجون، ويُقلل من زمن التصلب المائي، ويُنتج صفيحة أكثر مقاومة للكسر، ويُقلل من جزيئات الرصاص الدقيقة، وبالتالي يُحسّن خصائص التعامل واللصق. يُطيل عمر البطارية عن طريق زيادة جهد نهاية الشحن. يتطلب النفثالين المُسلفن حوالي ثلث إلى نصف كمية الليغنوسلفونات، وهو مستقر في درجات حرارة أعلى. ^{[ 22 ]}

بعد جفافها، تُكدّس الألواح مع فواصل مناسبة وتُوضع في حاوية الخلية. تُشكّل الألواح المتناوبة أقطابًا موجبة وسالبة بالتناوب، وتُوصل داخل الخلية لاحقًا على التوازي (سالب مع سالب، وموجب مع موجب). تمنع الفواصل الألواح من التلامس، مما قد يُسبب دارة قصر. في الخلايا المغمورة والخلايا الهلامية، تكون الفواصل عبارة عن قضبان أو مسامير عازلة، كانت تُصنع سابقًا من الزجاج أو السيراميك، وتُصنع الآن من البلاستيك. في خلايا AGM، الفاصل هو الحصيرة الزجاجية نفسها، ويتم ضغط رف الألواح مع الفواصل معًا قبل إدخالها في الخلية؛ وبمجرد دخولها، تتمدد الحصائر الزجاجية قليلًا، مما يُثبّت الألواح في مكانها. في البطاريات متعددة الخلايا، تُوصل الخلايا ببعضها على التوالي، إما من خلال موصلات عبر جدران الخلية، أو بواسطة جسر فوق جدران الخلية. جميع التوصيلات داخل الخلية وبين الخلايا مصنوعة من نفس سبيكة الرصاص المستخدمة في الشبكات. هذا ضروري لمنع التآكل الجلفاني .

تتميز بطاريات الدورة العميقة بتصميم هندسي مختلف لأقطابها الموجبة. فالقطب الموجب ليس صفيحة مسطحة، بل صف من أسطوانات أو أنابيب أكسيد الرصاص المتصلة جنبًا إلى جنب، ولذلك يُطلق على تصميمها اسم " أنبوبي " أو "أسطواني" . وتكمن ميزة هذا التصميم في زيادة مساحة السطح الملامسة للإلكتروليت، مما يُتيح تيارات شحن وتفريغ أعلى من خلية ذات صفيحة مسطحة بنفس الحجم وعمق الشحن. كما تتميز الخلايا ذات الأقطاب الأنبوبية بكثافة طاقة أعلى من الخلايا ذات الصفيحة المسطحة. وهذا ما يجعل الصفائح ذات التصميم الأسطواني مناسبة بشكل خاص للتطبيقات التي تتطلب تيارات عالية مع مراعاة قيود الوزن أو المساحة، مثل الرافعات الشوكية أو تشغيل محركات الديزل البحرية. مع ذلك، ونظرًا لاحتواء الأسطوانات على كمية أقل من المادة الفعالة في نفس الحجم، فإنها تتميز أيضًا بكثافة طاقة أقل من الخلايا ذات الصفيحة المسطحة المماثلة، كما أن قلة المادة الفعالة عند القطب تعني أيضًا وجود كمية أقل من المادة المتاحة للتخلص منها قبل أن تصبح الخلايا غير قابلة للاستخدام. بالإضافة إلى ذلك، فإن تصنيع الأقطاب الأسطوانية بشكل موحد أكثر تعقيدًا، مما يجعلها أغلى ثمنًا من الخلايا ذات الصفيحة المسطحة. هذه المقايضات تحد من نطاق التطبيقات التي تكون فيها البطاريات الأسطوانية ذات معنى في الحالات التي لا توجد فيها مساحة كافية لتركيب وحدات الألواح المسطحة ذات السعة الأعلى (وبالتالي الأكبر حجماً).

يشكل الرصاص أو الأجزاء الداخلية المصنوعة منه حوالي 60% من وزن بطارية الرصاص الحمضية المستخدمة في السيارات، والتي تبلغ سعتها حوالي 60 أمبير/ساعة؛ أما الباقي فيتكون من الإلكتروليت والفواصل والهيكل. ^{[ 8 ]} على سبيل المثال، تحتوي بطارية نموذجية وزنها 14.5 كيلوغرام (32 رطلاً) على ما يقارب 8.7 كيلوغرام (19 رطلاً) من الرصاص .  

تمنع الفواصل بين الألواح الموجبة والسالبة حدوث دوائر قصر عن طريق التلامس الفيزيائي، وخاصةً من خلال التشعبات ( التفرع )، وأيضًا من خلال تساقط المادة الفعالة. تسمح هذه الفواصل بتدفق الأيونات بين ألواح الخلية الكهروكيميائية لتشكيل دائرة مغلقة. وقد استُخدمت مواد مثل ألياف الزجاج والمطاط والبلاستيك PVC أو البولي إيثيلين في صناعة هذه الفواصل. ^{[ 23 ]}

يجب أن يتمتع الفاصل الفعال بعدد من الخصائص الميكانيكية، بما في ذلك النفاذية ، والمسامية، وتوزيع حجم المسام، ومساحة السطح النوعية ، والتصميم الميكانيكي، والمتانة، والمقاومة الكهربائية ، والتوصيل الأيوني ، والتوافق الكيميائي مع الإلكتروليت. أثناء التشغيل، يجب أن يتمتع الفاصل بمقاومة جيدة للأحماض والأكسدة . يجب أن تكون مساحة الفاصل أكبر قليلاً من مساحة الألواح لمنع حدوث تماس كهربائي بينها. يجب أن يظل الفاصل مستقرًا ضمن نطاق درجة حرارة تشغيل البطارية .

في تصميم البطاريات ذات الطبقة الزجاجية الماصة ( AGM )، تُستبدل الفواصل بين الألواح بطبقة من الألياف الزجاجية مشبعة بالإلكتروليت. تحتوي الطبقة على كمية كافية من الإلكتروليت للحفاظ على رطوبتها، وفي حال ثقب البطارية، لن يتسرب الإلكتروليت منها. والهدف الرئيسي من استبدال الإلكتروليت السائل في البطاريات السائلة بطبقة من الألياف الزجاجية شبه المشبعة هو زيادة نقل الغاز عبر الفاصل بشكل كبير؛ إذ يتمكن غاز الهيدروجين أو الأكسجين الناتج أثناء الشحن الزائد أو الشحن (إذا كان تيار الشحن مفرطًا) من المرور بحرية عبر الطبقة الزجاجية، مما يؤدي إلى اختزال أو أكسدة اللوح المقابل، على التوالي. في الخلايا السائلة، تطفو فقاعات الغاز إلى أعلى البطارية وتتسرب إلى الغلاف الجوي. تتيح هذه الآلية لإعادة اتحاد الغاز الناتج، بالإضافة إلى الميزة الإضافية المتمثلة في عدم وجود تسرب كبير للإلكتروليت عند ثقب غلاف البطارية، إمكانية إحكام إغلاق البطارية تمامًا، مما يجعلها مفيدة في الأجهزة المحمولة وما شابهها. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تركيب البطارية بأي اتجاه، ولكن إذا تم تركيبها رأسًا على عقب، فقد يتم طرد الحمض من خلال فتحة الضغط الزائد.

لتقليل معدل فقدان الماء، يُضاف الكالسيوم إلى ألواح البطارية؛ ومع ذلك، يظل تراكم الغاز مشكلةً عند شحن البطارية أو تفريغها بشكل كامل أو سريع. ولمنع زيادة الضغط داخل غلاف البطارية، تحتوي بطاريات AGM على صمام تصريف أحادي الاتجاه، وتُعرف غالبًا باسم بطاريات الرصاص الحمضية المنظمة بالصمام ( VRLA ).

من مزايا تصميم بطاريات AGM الأخرى أن الإلكتروليت يصبح مادة فاصلة، وهو يتمتع بقوة ميكانيكية عالية. يسمح هذا بضغط مجموعة الألواح معًا داخل غلاف البطارية، مما يزيد كثافة الطاقة بشكل طفيف مقارنةً بالبطاريات السائلة أو الهلامية. غالبًا ما تظهر بطاريات AGM انتفاخًا مميزًا في أغلفةها عند تصنيعها بأشكال مستطيلة شائعة، وذلك نتيجة لتمدد الألواح الموجبة.

تمنع هذه الطبقة أيضًا الحركة الرأسية للإلكتروليت داخل البطارية. فعند تخزين بطارية سائلة عادية وهي فارغة الشحن، تميل جزيئات الحمض الأثقل إلى الترسب في قاع البطارية، مما يؤدي إلى تكوّن طبقات في الإلكتروليت. وعند استخدام البطارية، يتركز معظم التيار في هذه المنطقة فقط، مما يؤدي إلى تآكل قاع الألواح بسرعة. وهذا أحد أسباب تلف بطاريات السيارات التقليدية عند تخزينها لفترة طويلة ثم استخدامها وإعادة شحنها. تمنع هذه الطبقة هذا التكوّن بشكل كبير، مما يُغني عن الحاجة إلى رجّ البطاريات دوريًا، أو غليها، أو إجراء شحنة معادلة لخلط الإلكتروليت. كما يتسبب التكوّن في تحوّل الطبقات العليا من البطارية إلى ماء بالكامل تقريبًا، مما قد يؤدي إلى تجمدها في الطقس البارد؛ بينما تُعدّ بطاريات AGM أقل عرضةً للتلف الناتج عن الاستخدام في درجات حرارة منخفضة.

على الرغم من أن خلايا AGM لا تسمح بإضافة الماء (إذ يستحيل عادةً إضافة الماء دون ثقب البطارية)، فإن عملية إعادة تركيبها محدودة أساسًا بالعمليات الكيميائية المعتادة. حتى أن غاز الهيدروجين يتسرب عبر الغلاف البلاستيكي نفسه. وقد وجد البعض أن إضافة الماء إلى بطارية AGM مفيدة، ولكن يجب القيام بذلك ببطء للسماح للماء بالاختلاط في جميع أنحاء البطارية عن طريق الانتشار. عندما تفقد بطارية الرصاص الحمضية الماء، يزداد تركيز الحمض فيها، مما يزيد من معدل تآكل الألواح بشكل ملحوظ. تحتوي خلايا AGM بالفعل على نسبة عالية من الحمض في محاولة لتقليل معدل فقدان الماء وزيادة جهد الاستعداد، وهذا يؤدي إلى تقصير عمرها مقارنةً ببطارية الرصاص والأنتيمون السائلة. إذا كان جهد الدائرة المفتوحة لخلايا AGM أعلى بكثير من 2.093 فولت، أو 12.56  فولت لبطارية 12  فولت، فإن نسبة الحمض فيها أعلى من الخلية السائلة؛ وعلى الرغم من أن هذا طبيعي لبطارية AGM، إلا أنه غير مرغوب فيه لإطالة عمرها.

ستُظهر خلايا AGM التي يتم شحنها بشكل زائد، سواءً عن قصد أو عن طريق الخطأ، جهدًا أعلى في الدائرة المفتوحة تبعًا لكمية الماء المفقودة (وزيادة تركيز الحمض). يؤدي شحنها الزائد بمقدار أمبير-ساعة واحد إلى تحليل 0.335 غرام من الماء لكل خلية؛ وسيتحد جزء من الهيدروجين والأكسجين المتحررين، ولكن ليس كله.

خلال سبعينيات القرن الماضي، طوّر الباحثون النسخة المغلقة أو بطارية الجل ، التي تُخلط فيها مادة هلامية من السيليكا مع الإلكتروليت ( لم تكن بطاريات الرصاص الحمضية القائمة على هلام السيليكا، والمستخدمة في أجهزة الراديو المحمولة منذ أوائل ثلاثينيات القرن الماضي، مغلقة تمامًا). يُحوّل هذا المزيج السائلَ الموجودَ داخل الخلايا إلى معجون شبه صلب، مما يُوفر العديد من مزايا بطاريات AGM نفسها. تتميز هذه التصاميم بمقاومة أكبر للتبخر، وغالبًا ما تُستخدم في الحالات التي لا يُمكن فيها إجراء صيانة دورية تُذكر. كما تتميز خلايا الجل بانخفاض درجة تجمدها وارتفاع درجة غليانها مقارنةً بالإلكتروليتات السائلة المستخدمة في الخلايا الرطبة التقليدية وبطاريات AGM، مما يجعلها مناسبة للاستخدام في الظروف القاسية.

العيب الوحيد في تصميم الخلايا الهلامية هو أنها تعيق الحركة السريعة للأيونات في الإلكتروليت، مما يقلل من حركة حاملات الشحنة وبالتالي قدرة التيار العالي. لهذا السبب، تُستخدم الخلايا الهلامية بكثرة في تطبيقات تخزين الطاقة، مثل أنظمة الطاقة خارج الشبكة.

كلا تصميمي البطاريات الجل وبطاريات AGM مُحكمة الإغلاق، ولا تتطلبان إضافة الماء، ويمكن استخدامهما بأي وضعية، كما أنهما مزودان بصمام لتصريف الغاز. لهذا السبب، يُمكن وصف كلا التصميمين بأنهما لا يحتاجان إلى صيانة، ومُحكمان الإغلاق، وبطاريات VRLA. مع ذلك، من الشائع العثور على مصادر تُشير إلى أن هذه المصطلحات تُشير تحديدًا إلى أحد هذين التصميمين.

في بطارية الرصاص الحمضية المنظمة بصمام (VRLA)، يتحد الهيدروجين والأكسجين الناتجين داخل الخلايا بشكل أساسي لتكوين الماء. يكون التسرب ضئيلاً، مع ذلك، قد يتسرب بعض الإلكتروليت إذا لم يتمكن التفاعل من مواكبة انبعاث الغاز. ولأن بطاريات VRLA لا تتطلب (بل تجعل) فحص مستوى الإلكتروليت بشكل دوري أمرًا مستحيلاً، فقد أُطلق عليها اسم " بطاريات لا تحتاج إلى صيانة" . مع ذلك، يُعد هذا الوصف غير دقيق إلى حد ما، إذ تتطلب خلايا VRLA صيانة. فمع فقدان الإلكتروليت، تجف خلايا VRLA وتفقد جزءًا كبيرًا من سعتها. ويمكن الكشف عن ذلك من خلال إجراء قياسات دورية للمقاومة الداخلية أو الموصلية أو المعاوقة . ويكشف الاختبار الدوري ما إذا كانت هناك حاجة إلى مزيد من الاختبارات والصيانة. وقد طُوّرت مؤخرًا إجراءات صيانة تسمح بإعادة ترطيب البطارية، مما يؤدي غالبًا إلى استعادة كميات كبيرة من السعة المفقودة.

أصبحت بطاريات الرصاص الحمضية المنظمة بصمام (VRLA) شائعة الاستخدام في الدراجات النارية حوالي عام 1983، ^{[ 24 ]} لأن الفاصل يحسن مقاومة الاهتزاز ويمنع انسكاب الإلكتروليت الحمضي. ^{[ 25 ]} كما أنها شائعة الاستخدام في التطبيقات الثابتة مثل مواقع الاتصالات، نظرًا لصغر حجمها وسهولة تركيبها. ^{[ 26 ]}

بطاريات الرصاص الحمضية المصممة لتشغيل محركات السيارات غير مصممة لتحمل التفريغ العميق. فهي تحتوي على عدد كبير من الألواح الرقيقة المصممة لتحقيق أقصى مساحة سطحية، وبالتالي أقصى تيار كهربائي، مما يجعلها عرضة للتلف بسهولة نتيجة التفريغ العميق. يؤدي تكرار التفريغ العميق إلى فقدان السعة، وفي النهاية إلى تلف البطارية قبل الأوان، إما بسبب تفتت الألواح نتيجة الإجهادات الميكانيكية ، أو بسبب التكلس السريع عندما تكون الألواح عند جهد منخفض أثناء دورة الشحن والتفريغ العميق.

قد تتعرض بطاريات التشغيل التي تُحفظ في حالة شحن مستمر للتآكل الشبكي، مما قد يؤدي إلى أعطال. لذلك، يمكن ترك بطاريات التشغيل في دائرة مفتوحة ولكن شحنها بانتظام (مرة واحدة شهريًا مثلاً) لمنع التكلس . ^{[ 30 ]}

بطاريات التشغيل أخف وزنًا من بطاريات الدورة العميقة من نفس الحجم، لأن ألواحها الرقيقة والخفيفة لا تصل إلى قاع علبة البطارية. يسمح هذا بتساقط المواد المتفتتة من الألواح وتجمعها في قاع الخلية، مما يطيل عمر البطارية. إذا ارتفعت هذه الشوائب المتفتتة بدرجة كافية، فقد تلامس قاع الألواح وتتسبب في تلف الخلية، مما يؤدي إلى انخفاض جهد البطارية وسعتها.

تتميز خلايا الدورة العميقة المصممة خصيصًا بمقاومتها العالية للتلف الناتج عن دورات الشحن والتفريغ المتكررة، وهي ضرورية للتطبيقات التي تتطلب تفريغ البطاريات بانتظام، مثل أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية ، والمركبات الكهربائية ( الرافعات الشوكية ، وعربات الغولف ، والسيارات الكهربائية ، وغيرها)، وأنظمة الطاقة غير المنقطعة . تحتوي هذه البطاريات على ألواح أكثر سمكًا لا تستطيع توفير تيار ذروة عالٍ ، ولكنها قادرة على تحمل التفريغ المتكرر. ^{[ 31 ]}

صُممت بعض البطاريات كحل وسط بين بطاريات التشغيل (التيار العالي) وبطاريات الدورة العميقة. فهي قادرة على التفريغ بدرجة أكبر من بطاريات السيارات، ولكن بدرجة أقل من بطاريات الدورة العميقة. وقد يُشار إليها ببطاريات بحرية أو بطاريات مخصصة للمركبات الترفيهية أو بطاريات الاستخدام الترفيهي .

لا تُعدّ سعة بطارية الرصاص الحمضية كمية ثابتة، بل تتغير تبعًا لسرعة تفريغها. وتُعرف العلاقة التجريبية بين معدل التفريغ والسعة بقانون بيوكيرت .

عند شحن البطارية أو تفريغها، تتأثر في البداية المواد الكيميائية المتفاعلة الموجودة عند السطح الفاصل بين الأقطاب الكهربائية والإلكتروليت. ومع مرور الوقت، تنتشر الشحنة المخزنة في هذه المواد الكيميائية عند السطح الفاصل، والتي تُسمى غالبًا شحنة السطح، عبر انتشار هذه المواد في جميع أنحاء المادة الفعالة.

لنفترض بطارية فارغة تمامًا (كما يحدث عند ترك أضواء السيارة مضاءة طوال الليل، حيث يبلغ سحب التيار حوالي 6 أمبير). إذا تم شحنها سريعًا لبضع دقائق فقط، فإن ألواح البطارية تشحن فقط بالقرب من منطقة التماس بين الألواح والإلكتروليت. في هذه الحالة، قد يرتفع جهد البطارية إلى قيمة قريبة من جهد الشاحن؛ مما يؤدي إلى انخفاض تيار الشحن بشكل ملحوظ. بعد بضع ساعات، ينتشر هذا الشحن السطحي إلى داخل القطب والإلكتروليت؛ مما يؤدي إلى انخفاض الشحن السطحي إلى مستوى منخفض جدًا قد لا يكون كافيًا لتشغيل السيارة. ^{[ 32 ]} طالما بقي جهد الشحن أقل من جهد التغويز (حوالي 14.4 فولت في بطارية الرصاص الحمضية العادية)، فمن غير المرجح تلف البطارية، ومع مرور الوقت ستعود البطارية إلى حالة الشحن الطبيعية.

بحسب تقرير صدر عام 2003 بعنوان "التخلص من الرصاص"، من قِبل منظمة الدفاع عن البيئة ومركز البيئة في آن أربور، ميشيغان، احتوت بطاريات المركبات على الطرق على ما يُقدّر بنحو 2,600,000 طن متري (2,600,000 طن إنجليزي؛ 2,900,000 طن أمريكي) من الرصاص. بعض مركبات الرصاص شديدة السمية، إذ يُمكن أن يُسبب التعرض طويل الأمد حتى لكميات ضئيلة منها تلفًا في الدماغ والكلى، وضعفًا في السمع، ومشاكل في التعلم لدى الأطفال. ^{[ 38 ]} تستخدم صناعة السيارات أكثر من مليون طن متري (980,000 طن إنجليزي؛ 1,100,000 طن أمريكي) من الرصاص سنويًا، يذهب 90% منها إلى بطاريات الرصاص الحمضية التقليدية للمركبات. ورغم أن إعادة تدوير الرصاص صناعة راسخة، إلا أن أكثر من 40,000 طن متري (39,000 طن إنجليزي؛ 44,000 طن أمريكي) ينتهي بها المطاف في مكبات النفايات كل عام. ووفقاً لسجل انبعاثات المواد السامة الفيدرالي، يتم إطلاق 70 ألف طن متري أخرى (69 ألف طن طويل؛ 77 ألف طن قصير) في عملية تعدين الرصاص وتصنيعه. ^{[ 39 ]}

تُبذل جهود لتطوير بدائل (خاصةً للاستخدام في السيارات) نظرًا للمخاوف بشأن الآثار البيئية المترتبة على التخلص غير السليم من البطاريات وعمليات صهر الرصاص ، من بين أسباب أخرى. ومن غير المرجح أن تحل البدائل محلها في تطبيقات مثل تشغيل المحركات أو أنظمة الطاقة الاحتياطية، لأن البطاريات، على الرغم من وزنها الثقيل، منخفضة التكلفة عند الشراء.

بحسب المجلس الدولي للبطاريات، وهو منظمة صناعية، يُعدّ إعادة تدوير بطاريات الرصاص الحمضية من أنجح برامج إعادة التدوير في العالم. ففي الولايات المتحدة، أُعيد تدوير 99% من إجمالي رصاص البطاريات بين عامي 2017 و2021. ^{[ 40 ]} وتؤكد بيانات إدارة حماية البيئة الأمريكية أن معدل إعادة التدوير قد ارتفع من 76% عام 1970 إلى 99% في العصر الحديث. ^{[ 41 ]}

يُعدّ الرصاص مادة شديدة السمية للإنسان، وقد يؤدي إعادة تدويره إلى تلوث البيئة وإصابة الناس، مما ينتج عنه مشاكل صحية عديدة ومزمنة. ^{[ 42 ] [ 43 ]} ويُصنّف أحد التقارير إعادة تدوير بطاريات الرصاص الحمضية على أنها أخطر عملية صناعية في العالم، من حيث سنوات العمر المصححة باحتساب الإعاقة المفقودة ، حيث تُقدّر سنوات العمر المفقودة عالميًا بما يتراوح بين مليوني و4.8 مليون سنة. ^{[ 44 ]}

أصبحت مواقع إعادة تدوير بطاريات الرصاص الحمضية نفسها مصدراً لتلوث الرصاص، وبحلول عام 1992، اختارت وكالة حماية البيئة 29 موقعاً من هذا القبيل لتنظيفها بموجب برنامج سوبرفند ، مع وجود 22 موقعاً على قائمتها الوطنية للأولويات. ^{[ 45 ]}

يُعدّ نظام مكافحة التلوث الفعال ضرورةً لمنع انبعاث الرصاص. ويتطلب الأمر تحسينًا مستمرًا في مصانع إعادة تدوير البطاريات وتصاميم الأفران لمواكبة معايير الانبعاثات الخاصة بمصاهر الرصاص. وتهدف برامج الشهادات الطوعية، مثل برنامج LeadBattery360، إلى دفع هذه التحسينات.

• magnalabs.com ، كبرتة ألواح البطارية
• reuk.co.uk ، إزالة الكبريتات من البطاريات
• reuk.co.uk ، بطاريات الرصاص الحمضية
• cbcdesign.co.uk ، إمداد التيار المستمر (أبريل 2002)
• comcast.net ، بعض التفاصيل الفنية حول بطاريات الرصاص الحمضية

• btterycouncil.org (BCI)، منظمة تجارية لمصنعي بطاريات الرصاص الحمضية
• batteryfaq.org ، الأسئلة الشائعة حول بطاريات السيارات وبطاريات الدورة العميقة
• atsdr.cdc.gov مؤرشف بتاريخ 10 مارس 2022 في Wayback Machine ، سمية الرصاص (Pb): المفاهيم الأساسية | ATSDR - الطب البيئي والتثقيف الصحي البيئي - دراسات حالة CSEM في الطب البيئي (CSEM)، وكالة تسجيل المواد السامة والأمراض
• alton-moore.net ، مزيل الكبريتات من بطاريات الرصاص الحمضية (Home Power #77 يونيو/يوليو 2000)]