铅酸蓄电池在充电和放电过程中的可逆反应理论比较复杂，目前公认的是“双硫酸化理论”。该理论的含义为铅酸蓄电池在放电时，两电极的有效物质和硫酸发生作用，均转化为硫酸化合物——硫酸铅；当充电时，又恢复为原来的铅和二氧化铅。

(1)铅酸蓄电池电动势的产生

铅酸蓄电池充电后，正极板的pbo2在硫酸溶液中水分子的作用下，少量与水生成可离解的不稳定物质——氢氧化铅[pb(oh)4]，氢氧根离子在溶液中，铅离子(pb4+)留在正极板上，因此正极板上缺少电子。同时负极板的pb与电解液中的h2so4发生反应，变成铅离子(pb2+)，铅离子转移到电解液中，负极板上留下多余的两个电子(2e)。可见，在未接通外电路时(电池开路)，由于化学作用，正极板上缺少电子，负极板上多余电子，两极板间就产生了一定的电位差，这就是电池的电动势。铅酸蓄电池单体(格)的电动势为2.0v。

(2)铅酸蓄电池放电过程

铅酸蓄电池放电(接通外电路负载)时，在蓄电池的电动势作用下，负极板上的电子经负载进入正极板形成电流i，同时在电池内部进行化学反应。负极板上每个铅原子放出2e后，生成的pb2+与电解液中的硫酸根离子(so42-)反应，在极板上生成难溶的硫酸铅(pbso4)。正极板的pb4+得到来自负极的2e后，变成pb2+，与电解液中的so42-反应，在正极板上也生成难溶的pbso4。正极板水解出的氧离子(o2-)与电解液中的氢离子(h+)反应，生成稳定物质水。电解液中存在的so42-和h+在电场的作用下分别移向电池的正、负极，在电池内部产生电流——放电电流，形成回路，使蓄电池向外持续放电。放电时，h2so4浓度不断下降，正、负极上的pbso4增加，电池内阻增大(硫酸铅不导电)，电池电动势降低。

(3)铅酸蓄电池充电过程

在放电后，必须及时充电，才能维持蓄电池的正常工作。充电时，要外接一个直流电源，在光伏发电系统中，应将太阳电池方阵的输出端正、负极分别与蓄电池的正、负极相连，使正、负极板在放电后生成的物质恢复成原来的活性物质，并把外界的电能转变为化学能储存起来。

正极板上，在外电源的作用下，pbso4被离解为pb2+和so42-，由于外电源不断从正极吸取电子，正极板附近游离的pb2+不断放出2e来补充，变成pb4+，并与水继续反应，最终在正极板上生成pbo2 。负极板上，在外电源的作用下，pbso4也被离解为pb2+和so42-，由于负极不断从外电源获得电子，因此负极板附近游离的pb2+被中和为pb，并以绒状铅附着在负极板上。

电解液中，正极不断产生游离的h+和so42-，负极不断产生so42-，在电场的作用下，h+向负极移动，so42-向正极移动，形成电流——充电电流，形成回路。充电后期，在外电源的作用下，溶液中还会发生水的电解反应。

该反应使电池中水分逐渐损失，需不断补充纯水才能保持正常使用。对于普通agm玻璃纤维隔板的电池，其隔板内有一定的孔率，在正、负极之间预留气体通道。同时选用特殊合金铸造板栅提高负极的析氢过电位，以抑制氢气的析出；而正极产生的氧气顺着通道扩散到负极，使氧气重新复合成水，保证正极析出的氧扩散到铅负极，完成反应，从而实现正极析出的氧再化合成水。对于采用胶体电解质系列的gel电池，选用pvc-sio2隔板，氧循环的建立是由于电池内的凝胶以sio2质点作为骨架构成的三维多孔网络结构，它将电池所需的电解液保藏在里面；灌注胶体后，在电场力的作用下发生凝胶，初期结构并不稳定，骨架要进一步收缩，而使凝胶出现裂缝，这些裂缝存在于整个正、负极板之间，为氧到达负极还原建立通道。两类电池的整个氧循环机理是一样的，只是氧气到达负极的通道方式不同而已。但gel电池氧气循环只有在凝胶出现裂纹之后才建立起来，所以氧气复合效率是逐渐上升的，从而使电池起到密封的效果。