鉛蓄電池
鉛蓄電池は電極として2枚の鉛板を使って実現することができる。しかしながら、こういった構造は葉書サイズの極板でわずか1アンペア程しか生み出せず、動作もわずか数分である。
ガストン・プランテはかなり大きな有効表面積を稼ぐ方法を見出した。プランテの設計では、正極板と負極板が渦巻状に巻いた鉛箔であり、それらは薄い布で隔離されている。このセル(単電池)の容量は最初は低かった。そのため、鉛箔を腐食させて二酸化鉛を形成させ、表面積を増大させるためにこれを粗面化する工程が必要とされた。当初、この工程には一次電池からの電力が使用されていた。1870年以後に発電機が利用可能になると、電池の製造コストが大きく低下した。プランテ式極板は現在でも据置型蓄電池で使用されている。
1880年、 カミーユ・アルフォンス・フォーレ(英語版)が(電流導体として機能する)鉛格子を二酸化鉛、硫酸、水を練ったペーストで被覆した後、高湿度環境で穏やかに加熱する熟成(キュアリング)工程によって極板を作成する方法について特許を取得した。熟成工程は上記のペーストを鉛極板に付着した硫酸鉛の混合物へと変化させる。次に、電池の初期充電(「化成」と呼ばれる)中に、極板状の熟成されたペーストが電気化学的に活性な素材(活物質と呼ばれる)へと変換される。フォーレの製造法によって、鉛蓄電池を製造するための時間とコスト大幅に低減され、プランテの電池と比較して容量がかなり増大した 。
これらの冶金学的改良によって格子の強度が高まったため、より多くの活物質を支えられるようになり、極板はより厚くなり、電池の寿命が延びた。高アンチモン格子はサイクル安定性が高いため、現在でも充放電サイクルの頻度が高く、充電電流が低いため水素ガスの発生が顕著ではない用途で使用されている。1950年代からは、水素ガス発生量が小さく、メンテナンス経費も低い鉛-カルシウム電池と鉛-セレン電池が次第に充放電回数が少ない用途(例えば予備電池)向けに使われるようになっていった。1980年代から自動車用電池として使用されているいわゆる「カルシウムバッテリー」の鉛-カルシウム合金にはアンチモンはほとんど含まれておらず、錫を添加することで強度が高められている。
鉛合金からアンチモンを除去すると、過放電後の再充電が困難になり過度の充放電や高温過充電により寿命劣化が起きる「アンチモンフリー効果」が知られている。そのため、ヘビーデューティー用途には正極格子に鉛-アンチモン合金を、負極格子に鉛-カルシウム合金を使用するハイブリッド型電池が使用されている。
従来の鉛だけで構成される電極格子に代わり、新たな材質として鉛とスズ、カルシウムの合金が使われている。材質の改良などにより自己放電が減少し、1年に20%程度しか消耗しないようになった。
水系の電解液を使用しているにもかかわらず水が電気分解する電圧(1.23 V)よりも高い電圧(約2 V)にできるのは、負極材である鉛の水素過電圧が大きく、水素イオンが水素分子となりにくいためである。
純鉛板に疎に溝を切りペーストを充填した極板。