Come tutte le batterie, una batteria al piombo utilizza una reazione chimica per immagazzinare e generare energia elettrica. Le batterie al piombo utilizzano piombo e ossido di piombo per i componenti del catodo e dell’anodo della batteria e acido solforico per l’elettrolita. Queste batterie sono facili ed economiche da produrre, possono fornire un’elevata scarica di picco e sono ricaricabili. Tuttavia, non trattengono la stessa quantità di energia per unità di peso delle batterie più moderne. Questo tipo di batteria è ampiamente utilizzato per alimentare gli avviatori elettrici di autoveicoli in altre applicazioni in cui il costo è più un fattore del peso.
Tutte le batterie impiegano un catodo e un anodo, costituiti da sostanze che scambierebbero elettroni tra loro per raggiungere uno stato di equilibrio se non fosse per la presenza di una soluzione elettrolitica che inibisce questo trasferimento di elettroni. Quando viene prelevata corrente da una batteria, gli elettroni possono fluire tra i due poli, dall’anodo al catodo, e avviene la reazione chimica inibita. Nessun elettrolita è in grado di isolare perfettamente anodo e catodo, quindi tutte le batterie si scaricano lentamente nel tempo. La maggior parte degli accumulatori al piombo impiega più celle, in modo che la stessa reazione chimica avvenga in ogni cella contemporaneamente, un processo che aumenta il potenziale di scarica di picco della batteria riducendo la potenza totale che può immagazzinare.
In una batteria al piombo, sia l’anodo che il catodo interagiscono chimicamente anche con la soluzione elettrolitica. In una batteria carica, l’anodo è costituito da piombo e il catodo da ossido di piombo. Quando la batteria si scarica, entrambi gli elettrodi vengono convertiti in solfato di piombo, poiché il bagno di elettrolita diventa sempre meno acido, finché nella soluzione rimane solo acqua. Questo processo viene invertito quando viene caricata una batteria al piombo e, a piena carica, la soluzione elettrolitica di una batteria al piombo è un bagno altamente acido di un terzo di acido solforico.
Questo tipo di batteria è relativamente facile da produrre, poiché tutti i materiali necessari sono abbondanti. A causa del rapporto peso/potenza relativamente basso in una batteria di accumulatori al piombo, tuttavia, è necessario fare alcuni compromessi nel loro design. Le batterie progettate per fornire una grande quantità di corrente, come quelle utilizzate per avviare i veicoli a motore, devono essere realizzate combinando molte celle di batteria più piccole con elettrodi larghi, sottili e fragili. Quando è necessaria energia per un periodo di tempo più lungo, gli accumulatori al piombo devono contenere meno celle ma più grandi e più durevoli. Una tale batteria al piombo sarebbe una cattiva scelta per l’avviamento dei veicoli, ma eccellente per fornire piccole quantità di energia portatile per i dispositivi di backup del computer o per apparecchi come i tosaerba elettrici, che non devono mai viaggiare lontano da una fonte di alimentazione.