Akumulator kwasowo-ołowiowy – rodzaj akumulatora elektrycznego, opartego na ogniwach galwanicznych zbudowanych z elektrody ołowiowej, elektrody z ditlenku ołowiu () oraz ok. 37% roztworu wodnego kwasu siarkowego, spełniającego funkcję elektrolitu.

W 1850 roku niemiecki fizyk Wilhelm Josef Sinsteden opracował pierwszy akumulator kwasowo-ołowiowy. Udoskonalenia nadeszły w czasie, gdy gospodarka była nastawiona na efektywne przechowywanie energii. W 1887 roku przedsiębiorca Adolph Müller założył pierwszą niemiecką fabrykę akumulatorów. Pozostałe niemieckie przedsiębiorstwa wkrótce produkowały seryjne akumulatory ołowiowe. Wkrótce produkowano pojazdy z zasilaniem akumulatorowym. Mimo wielu jego wad jest to wciąż najbardziej popularny rodzaj akumulatorów elektrycznych. Występuje w niemal wszystkich samochodach, a także wielu innych pojazdach (np. w wolnobieżnych pojazdach elektrycznych typu Melex). Oprócz tego stanowi często jeden z elementów awaryjnego zasilania budynków, zakładów przemysłowych, szpitali, central telefonicznych i polowych systemów oświetleniowych.

Konstrukcja i działanie thumb|400px|Schemat działania akumulatora kwasowo-ołowiowego w czasie ładowania i rozładowywania Każde ogniwo składa się z: anody wykonanej z metalicznego ołowiu: (−) w trakcie poboru prądu i (+) w trakcie ładowania separatora izolującego elektrody między sobą katody wykonanej z : (+) w trakcie poboru prądu i (−) w trakcie ładowania elektrolitu, którym jest ok. 37% wodny roztwór kwasu siarkowego z rozmaitymi dodatkami

Rozładowywanie W trakcie poboru prądu z akumulatora, na elektrodach zachodzą następujące reakcje chemiczne: elektroda ujemna – utlenianie: () elektroda dodatnia – redukcja: ()

Na obu elektrodach w trakcie poboru prądu wydziela się siarczan ołowiu(II) (). W trakcie ładowania zachodzą dokładnie takie same reakcje, tyle że w drugą stronę.

W naładowanym akumulatorze gęstość elektrolitu wynosi (w akumulatorach stosowanych w klimacie tropikalnym: 1,23 g/cm³). Proces rozładowywania powoduje zmniejszenie stężenia elektrolitu, jego gęstości i poziomu. Kiedy w rozładowanym akumulatorze napięcie na biegunach spadnie do 1,8 V na ogniwo (10,8 V w 12-woltowym akumulatorze samochodowym), a gęstość elektrolitu do 1,18 g/cm³, akumulator należy niezwłocznie naładować. Stan naładowania można i należy mierzyć areometrem (a nie woltomierzem, zwłaszcza bez obciążenia), każda cela osobno.

Stan całkowitego rozładowania akumulatora polega na całkowitym przekształceniu obu elektrod w stały siarczan ołowiu i jest odwracalny. Siarczan ołowiu jednak po pewnym czasie przechodzi w stan krystaliczny (elektryczny izolator), powodując tym samym spadek pojemności akumulatora. W takiej sytuacji niemożliwe staje się naładowanie akumulatora, gdyż skrystalizowany siarczan ołowiu nie bierze udziału w procesach chemicznych. W praktyce zapobiega się tzw. zasiarczeniu elektrod stosując specjalną ich konstrukcję, która utrudnia osadzanie się na ich powierzchni nieprzenikalnej warstwy kryształów siarczanu ołowiu. Istnieje też procedura regeneracji (odsiarczania) akumulatorów.

Ładowanie mały|300px|Charakterystyka ładowania akumulatora kwasowo-ołowiowego. Na osi poziomej zaznaczono czas ładowania. Na osiach pionowych kolejno: napięcie (pojedynczego ogniwa i baterii 12 V), natężenie prądu (jako ułamek pojemności oraz w amperach; tutaj dla akumulatora o pojemności 40 Ah), stan naładowania (w procentach) Proces ładowania polega na podłączeniu akumulatora do odpowiednich biegunów źródła prądu stałego (np. zasilacza lub prostownika) i trwa on około 10 godzin (akumulatory samochodowe ładowane są sukcesywnie podczas pracy silnika, np. za pomocą alternatora – co dla akumulatora nie jest jednak optymalne, powinien być okresowo, szczególnie przed zimą, ładowany poza pojazdem). Prąd ładowania powinien wynosić nie więcej niż /10 (lub zapisywane C10, w odróżnieniu do 10C jn.) tj. liczbowo 10% pojemności akumulatora (np. dla akumulatora 40 Ah prąd ładowania wynosi 4 A, co oznacza ładowanie przez ok. 10 godzin) a nawet niekiedy zalecane jest nie więcej niż C/20 (inaczej C20, liczbowo 5% tj. np. prądem 2 A dla akumulatora o pojemności 40 Ah, co oznacza ładowanie przez ok. 20 godzin), podczas gdy np. akumulatory litowo-jonowe różnych generacji i typów umożliwiają ładowanie nawet prądami C (1C), 2C lub jeszcze więcej (wówczas ładowanie trwa odpowiednio poniżej godziny) zaś rozładowywanie ich jest możliwe prądami jeszcze większymi (niekiedy np. 5C, 10C) przez większość czasu pracy. Akumulatory kwasowo-ołowiowe choć umożliwiają nagły duży pobór prądu (tzw. prąd rozruchowy, potrzebny dla rozrusznika samochodu) rzędu 8C (tj. np. prąd rozruchowy 760 A przy pojemności akumulatora 95 Ah) do 11C, to jest to możliwe tylko przez bardzo krótki okres (kilkusekundowy) a dłuższy pobór powoduje nierzadko nieodwracalne uszkodzenie akumulatora (spadek pojemności, wzrost oporu wewnętrznego, wewnętrzne mikrozwarcia powodujące znaczny wzrost upływności tj. szybkie samorozładowywanie się akumulatora).

Inne metody ładowania, np. większym prądem lub stałym napięciem, powinny być przeprowadzane zgodnie z zaleceniami producenta.

Prąd ładowania akumulatorów jest zmienny w trakcie procesu (w przypadku użycia automatycznych ładowarek i ustawieniu odpowiedniego trybu zależnie od rodzaju akumulatora) i zależny od zadanego napięcia ładowania zgodnie z prawem Ohma. Najczęściej rozpoczyna się od wysokiej (lub szybko wzrastającej) wartości prądu, który potem powoli spada (lub w niektórych przypadkach utrzymywany jest na stałym poziomie poprzez powolny wzrost napięcia ładowania) przez większość czasu, aby pod koniec (po stwierdzeniu przez układ sterujący ładowarki, iż zbliżamy się do poziomu napełnienia akumulatora) spaść do niższej wartości końcowej (z niekiedy krótkotrwałym podniesieniem napięcia i prądu tuż przed tym etapem). Po zakończeniu ładowania, niektóre ładowarki nadal zasilają akumulator bardzo niskim tzw. prądem podtrzymującym (szczególnie ze względu na naturalną upływność każdego akumulatora, tj. powolne tracenie zgromadzonej energii pomimo braku podłączenia do niego odbiorników prądu – wtedy prąd podtrzymujący rekompensuje te straty i sprawia że w każdym momencie mamy do dyspozycji akumulator naładowany w 100% a nie coraz mniej z czasem).

Podczas ładowania napięcie ogniwa wzrasta powoli od ok. 2 V do 2,35 V, potem szybciej. Gęstość oraz poziom elektrolitu rośnie (stąd decyzję o ewentualnym dolaniu wody dokonuje się po naładowaniu, w przeciwnym razie można przelać cele i niepotrzebnie rozrzedzić elektrolit – najczęstszy błąd). Po przekroczeniu napięcia 2,4 V zaczyna się rozkład wody na tlen i wodór (tzw. gazowanie akumulatora). Po osiągnięciu napięcia 2,5 V należy przerwać ładowanie, w przeciwnym razie dochodzi do przeładowania akumulatora. Skutkuje to wydzieleniem dużych ilości wodoru (tzw. „zagotowanie”). Wodór w połączeniu z powietrzem tworzy mieszankę wybuchową, która może eksplodować pod wpływem iskry elektrycznej. Stąd ładowanie akumulatorów należy przeprowadzać w dobrze wentylowanych wnętrzach lub na otwartym terenie i unikać iskrzenia przy odłączaniu zacisków prostownika (w pierwszej kolejności należy odłączyć prostownik z sieci). W czasie ładowania w elektrolicie wydziela się ciepło, które przy temperaturze powyżej 40 °C działa szkodliwie na płyty akumulatora. Dlatego np. alternatory samochodowe mają regulację napięcia zależną od temperatury (w lecie celowo zaniżają napięcie, aby nie wygotować elektrolitu, w zimie zawyżają, by przyspieszyć reakcje chemiczne).

Nieużywany akumulator, nawet będący w "dobrej kondycji", trzeba okresowo doładowywać aby nie dopuścić do zasiarczenia spowodowanego procesem .

Pojemność Pojemność akumulatorów ołowiowych podaje się w amperogodzinach (Ah). Pojemność zależy od sposobu rozładowywania, dlatego wprowadzono pojęcie pojemności 10-godzinnej. Dla przykładu, aby rozładować w ciągu 10 godzin akumulator 40 Ah, należy czerpać z niego prąd o natężeniu 4 A. Niektórzy producenci stosują inne pojęcia pojemności akumulatora, np. pojemność 5-godzinną (5HR) lub 20-godzinną (20HR). W celach użytkowych, pojemność akumulatora w amperogodzinach łatwo przelicza się na zawarty w akumulatorze zasób energii wyrażony w kilowatogodzinach (kWh), przykładowo dla akumulatora o napięciu znamionowym 12 V o pojemności 95 Ah po przemnożeniu otrzymujemy 12 V * 95 Ah = 1140 VAh = 1140 Wh = 1,14 kWh.

Obsługa Utrzymanie klasycznych akumulatorów w nienagannym stanie wymaga stałej okresowej obsługi. W intensywnie użytkowanych akumulatorach należy uzupełniać poziom elektrolitu wodą destylowaną (dotyczy akumulatorów z płynnym elektrolitem), jednak decyzję o tym czego dolać (kwasu też może ubywać), dokonujemy tylko i wyłącznie po pomiarze gęstości elektrolitu w stanie naładowanym (najpowszechniejszym błędem obsługi jest dolewanie wody do rozładowanego akumulatora – przy ładowaniu może dojść do przelania nadmiaru). Obniżanie się poziomu elektrolitu i jednoczesne zwiększanie jego gęstości wpływa negatywnie na jego trwałość (tak samo jak sukcesywne rozrzedzanie wodą). Nieużywane akumulatory należy okresowo doładowywać (i sprawdzać gęstość elektrolitu) aby nie uległy zasiarczeniu (proces w dużym stopniu odwracalny). Zużyte akumulatory należy składować w specjalnie przeznaczonych do tego miejscach. Przetrzymywanie ich na własną rękę jest zabronione z powodu wysokiego stopnia zagrożenia dla środowiska.

Akumulatory bezobsługowe i żelowe

Wadą akumulatorów ołowiowych jest ryzyko wycieku z nich kwasu siarkowego oraz parowanie wody powodujące zbyt duże stężenie elektrolitu, co wymaga okresowego jej uzupełniania. Oba problemy rozwiązuje się stosując specjalną konstrukcję uwięzienia elektrolitu w zamkniętej obudowie. Rozróżnia się trzy technologie: MF () – bezobsługowe klasyczne akumulatory z płynnym elektrolitem o zamkniętej konstrukcji i ograniczonej możliwości otwarcia obudowy. Występują one najczęściej w odmianach: Sb/Sb – obie płyty wykonane w technologii wykorzystującej związki antymonu. Były to wiodące typy akumulatorów przed końcem XX w., natomiast obecnie są już rzadko spotykane. Maksymalny prąd ładowania wynosi w nich 14,5V (jednak zawsze podstawą są zalecenia producenta); Sb/Ca (płyta dodatnia/ujemna) tzw. "hybryda" – maksymalny prąd ładowania 16,4 V; Ca/Ca – obie płyty wykonane w technologii związków wapnia. Są to najczęściej spotykane na rynku od początku XXI w. akumulatory klasyczne. Maksymalny prąd ładowania wynosi w nich aż 16,25 V; AGM (ang. ) – akumulatory z płynnym elektrolitem zabsorbowanym w separatorze wykonanym z maty szklanej. Maksymalne napięcie ładowania z reguły nie powinno przekraczać 14,9 V (choć niektórzy podają nawet 15,6V); EFB (ang. ) – akumulatory z płynnym elektrolitem, gdzie z płyta dodatnia pokryta jest dodatkową powłoką z poliestru, co zwiększa stabilność masy czynnej płyty oraz jej odporność na cykliczne rozładowanie i ładowanie dużymi prądami (np. w pojazdach z systemem Start-Stop lub przeznaczonych do pracy manewrowej lub jazdy miejskiej z częstymi startami i hamowaniami); żelowe (ang. ) – akumulatory z elektrolitem żelowym. Elektrolity żelowe są nadal wodnymi roztworami kwasu siarkowego, jednak dodaje się do nich środka żelującego (np. żywice silikonowe), który jednocześnie zapobiega parowaniu wody i wyciekom. Maksymalne napięcie ładowania nie powinno przekraczać 14,4 V (niekiedy podawane jest nawet maksymalnie 14,1 V), gdyż przekroczenie tego napięcia powoduje powstanie pęcherzyków w żelu w pobliżu elektrod i bezpowrotne uszkodzenie tej części elektrolitu, czego skutkiem jest obniżenie pojemności i innych parametrów (np. oporu wewnętrznego, maksymalnego prądu rozruchowego itd.) danego akumulatora. Akumulatory AGM i żelowe także nazywa się bezobsługowymi, gdyż w zasadzie nie wymagają one kontrolowania składu i ilości elektrolitu.