Akumulatory kwasowo-ołowiowe zostały szerzej zastosowane w motoryzacji ze względu na swoje szczególne właściwości. Najważniejszą z nich jest niski opór wewnętrzny, co sprawia, że akumulatory tego rodzaju doskonale nadają się do oddawania dużych prądów bez emisji ciepła, co jest ciągle sporym problemem w przypadku stosowania innego rodzaju akumulatorów. Przy natężeniu prądu na poziomie kilkuset amperów (w przypadku rozruchu silnika z zapłonem samoczynnym) dochodzi do znacznego nagrzewania się akumulatora, co wynika z przepływu prądu elektrycznego przez jego wnętrze. Ważne jest zatem, aby oporność wewnętrzna akumulatora była jak najmniejsza.

Z dodatkiem antymonu

Akumulator samochodowy składa się z 6 ogniw. Każde z nich złożone jest z pakietu anod i katod. Elektroda ujemna (anoda) w początkowym okresie produkcji akumulatorów wykonana była z czystego ołowiu (Pb), natomiast elektroda dodatnia (katoda) z dwutlenku ołowiu (PbO₂). Materiał, z którego wykonane są elektrody akumulatora, okazał się mało odporny na wibracje i uderzenia, co bardzo ograniczało jego zastosowanie w pojeździe. Elektrody w formie prostokątnych płyt były bowiem zanurzone w elektrolicie i posiadały jedynie niewielkie podparcie. Ze względu na fakt, że ołów jest bardzo miękkim metalem, praktycznie na porządku dziennym było oberwanie elektrody wewnątrz akumulatora, co powodowało jego całkowitą niesprawność. Aby jednak zwiększyć trwałość i odporność akumulatorów na wstrząsy, do płyt zaczęto dodawać niewielkie ilości pierwiastków stopowych. Najbardziej znanym z przemysłu drukarskiego metalem, który znacznie zwiększał twardość ołowiu, a jednocześnie nieznacznie wpływał na jego właściwości elektrochemiczne, jest stosowany do utwardzanie czcionek antymon (Sb). Okazało się, że doskonale nadaje się on do polepszenia właściwości mechanicznych elektrod w akumulatorze samochodowym. Z czasem jednak stwierdzono, że niewielki dodatek antymonu do ołowiu powoduje też nieznaczne przyspieszenie procesu samorozładowania akumulatora oraz przyspiesza elektrolizę podczas ładowania akumulatora, co nie jest pożądane, ponieważ w jej trakcie zbytnio zagęszcza się elektrolit przez uwalnianie tlenu i wodoru w formie gazowej.
Eksperymenty trwały dalej, aż w końcu zdecydowano się na zastąpienie antymonu wapniem.

Z dodatkiem wapnia

Era akumulatorów potocznie zwanych wapniowymi nastała nie tak dawno, ponieważ – mimo dobrych właściwości tego stopu – ich produkcja była znacznie trudniejsza. A wszystko za sprawą wapnia, który szybko się utleniał oraz ze względu na ciężar właściwy był trudny do skomponowania razem z ołowiem. Domieszka wapnia w stopie ołowiu w tych akumulatorach jest bardzo niewielka i wynosi około 1/1000 części wagowej stopu. Wapń – podobnie jak antymon – utwardza kratki elektrod oraz spowalnia proces elektrolizy, dzięki czemu akumulatory wapniowe znacznie później zaczynają uwalniać gazowy tlen i wodór podczas ładowania. Era akumulatorów wapniowych oznaczała więc rozpoczęcie ery akumulatorów bezobsługowych, które nie traciły wody z objętości elektrolitu podczas ładowania.

Z dodatkiem srebra

Kolejnym metalem używanym do komponowania stopów, z którego wykonywane były elektrody akumulatorów, stało się srebro (Ag). Dzięki jego zastosowaniu możliwe stało się zwiększenie odporności akumulatora na pracę cykliczną, co jest spowodowane obniżeniem oporności wewnętrznej ogniwa. Dzięki temu w ogniwie nie notowano tak dużych jak z wykorzystaniem poprzednich stopów skoków temperatury, co sprzyjało wytrącaniu się kryształów siarczku ołowiu, który zmniejszał przepustowość elektryczną akumulatora.

Ponadto srebro uodporniło elektrody akumulatorów na korozję, która stanowiła problem, ponieważ warunki pracy akumulatorów zmieniły się na tyle, że zwiększona temperatura zewnętrzna ich pracy powodowała szybsze zużycie korozyjne elementów wykonanych z ołowiu. 

Potrzebny elektrolit

Aby akumulator mógł pracować i wytwarzać energię elektryczną, konieczne jest zastosowanie elektrolitu. Elektrolit to substancja jonowa, w której znajdują się swobodne jony transportowane przez nią między elektrodami. Dzięki tej właściwości w elektrolicie możliwy jest przepływ prądu elektrycznego. W akumulatorach samochodowych elektrolitem jest wodny roztwór kwasu siarkowego (H₂SO₄) o stężeniu 37%. W naładowanym akumulatorze gęstość elektrolitu wynosi 1,26–1,28 g/cm³ (w akumulatorach stosowanych w klimacie tropikalnym wartość ta może być niższa i wynosić 1,23 g/cm³).

Wraz z rozwojem budowy płyt akumulatora, czyli jego elektrod, konstruktorzy zmieniali sposób ich kontaktu z elektrolitem. Początkowo był on w formie płynnej, a elektrody pozostawały w nim zanurzone. Z czasem zaczęto stosować elektrolit w postaci żelu, którym były nasączone maty kontaktujące się z płytami akumulatora. Aktualnie produkuje się akumulatory typu AGM (Absorbent Glass Mat – absorbcyjna mata z włókna szklanego), w których elektrolit uwięziony jest owej macie otaczającej każdą z elektrod. Takie rozwiązanie ma podstawową zaletę, polegającą na tym, że akumulator może pracować w teoretycznie każdej pozycji. Ale najważniejsze jest to, że obłożenie elektrod matą z włókna szklanego i pakietowanie ich w ogniwach powoduje, że elektrody nie wyginają się, ponieważ są unieruchomione mechaniczne na dużej powierzchni, co ma duże znaczenie przy dużych prądach rozruchu i głębokim wyładowywaniu.

Proces rozładowywania akumulatora powoduje zmniejszenie stężenia kwasu w elektrolicie, przez co spada jego gęstość. Kiedy w rozładowanym akumulatorze napięcie spadnie do poziomu 11,7 V (1,95 V na ogniwo lub 10,8 V i 1,8 V na ogniwo – w zależności od źródła i producenta podaje się różne wartości), akumulator należy niezwłocznie naładować. Stan naładowania można zmierzyć areometrem przez sprawdzenie gęstości elektrolitu znajdującego się wewnątrz ogniw. Stopień naładowania akumulatora można także określić w przybliżeniu, mierząc napięcie na jego stykach.

Sam pomiar napięcia na stykach nie powie jednak nic o stanie akumulatora. Aby sprawdzić czy akumulator nadaje się do użytku, należy sprawdzić spadek napięcia podczas jego obciążenia, co jest możliwe dopiero po użyciu odpowiedniego urządzenia. 

Podczas rozładowywania na anodzie następuje proces utleniania, który można opisać następującym równaniem chemicznym:

Pb + SO₄^2- <=> PbSO₄ + 2^e-
charakteryzujący się potencjałem elektrycznym ε⁰ = 0,356 V.

Na katodzie występuje natomiast reakcja redukcji:

PbO₂ + SO₄^2- + 4H⁺ + 2e⁻ <=> PbSO₄ + 2H₂O
charakteryzujący się potencjałem elektrycznym  ε⁰ = 1,685 V

Na obu elektrodach w trakcie poboru prądu wydziela się siarczan ołowiu(II) (PbSO₄). W trakcie ładowania, czyli przy dostarczeniu energii elektrycznej do elektrod, zachodzą dokładnie takie same reakcje, ale w odwrotnym kierunku. Oznacza to, że jeśli nie zostaną przekroczone pewne wartości graniczne dotyczące stężenia i gęstości elektrolitu oraz napięcia generowanego przez ogniwa, proces ten jest całkowicie odwracalny.

Stan całkowitego rozładowania akumulatora polega na przekształceniu chemicznym obu elektrod w stały siarczan ołowiu. Jest to już reakcja nieodwracalna – jej kolejnym etapem jest krystalizacja siarczanu ołowiu, który jest izolatorem i uniemożliwia swobodny przepływ elektronów między elektrodami. Aby uchronić się przed rozrostem kryształów podczas rozładowywania akumulatora, stworzono specjalne konstrukcje akumulatorów, które są bardziej odporne na pracę cykliczną i na głębokie rozładowanie. Ich cechą charakterystyczną są elektrody wykonane w taki sposób, aby miały możliwie jak największą powierzchnię czynną. Wzrost powierzchni czynnej zwiększa pojemność elektryczną akumulatora oraz wydłuża jego żywotność.