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Lithium-Ionen-Akkus richtig lagern, laden, transportieren und entsorgen

Risiken sicher beherrschen
Lithium-Ionen-Akkus richtig lagern, laden, transportieren und entsorgen

Lithi­um-Ionen-Akku­mu­la­toren, kurz Lithi­um-Ionen-Akkus oder noch kürz­er Li-Akkus gel­ten als die Energiespe­ich­er der Zukun­ft. Sie wer­den mil­lio­nen­fach und in immer mehr Pro­duk­ten ver­baut. Gle­ichzeit­ig steigt die Zahl der Brände und Zwis­chen­fälle, deren Ursache man auf Li-Ionen-Akkus zurück­führt. Denn ein unsachgemäßes Lagern, Laden, Trans­portieren und Entsor­gen kann fatale Fol­gen haben.

Warum sich Bat­te­rien und Akkus auf Lithi­um-Basis durch­set­zen kon­nten, ist schnell erk­lärt. Die Vorteile gegenüber früher üblichen Bat­teri­etypen sind eindeutig:

  • kom­pak­te Bauweise bei gle­ichzeit­ig hoher Leistung
  • hohe spez­i­fis­che Energie und damit eine hohe Energiedichte
  • ein hoher Wirkungs­grad von bis 95 %
  • Wieder­au­flad­barkeit bei ver­gle­ich­sweise kurzen Ladezeiten
  • kein merk­bar­er Mem­o­ry-Effekt (im Gegen­satz zu Ni-Cd-Akkus)

Li-Akkus und Li-Bat­te­rien sind somit bestens geeignet, auch kleinere und mobile Geräte zuver­läs­sig mit Energie zu ver­sor­gen. Damit sind die Ein­satzbere­iche riesig und reichen vom Fit­ness-Arm­band über die Bohrmas­chine bis zum Elek­tro-Lkw. Je größer die gewün­schte Leis­tung, desto mehr Akku-Zellen wer­den zu einem Ver­bund zusammengeschaltet.

Li-Akkus sind auch unter Lithi­u­mio­nen­bat­terie bekan­nt, daneben gibt es auch (nicht wieder­au­flad­bare) Lithi­um­met­all­bat­te­rien, die zum Beispiel in Uhren oder Herz­schrittmachen ver­wen­det wer­den. Die Begriffe Li-Akku und Li-Bat­terie wer­den – etwas unscharf – oft syn­onym für alle auf Lithi­um basieren­den Energiespe­ich­er ver­wen­det. So auch in diesem Beitrag, denn die Gefahren und Schutz­maß­nah­men sind ver­gle­ich­bar. Jed­er Akku entspricht ein­er wieder­au­flad­baren Bat­terie, ein­er soge­nan­nten Sekundär­bat­terie, aber umgekehrt gilt nicht jede Bat­terie als Akku.

Brennende Flugzeuge und explodierende Smartphones

Gle­ichzeit­ig mit ihrer wach­senden Ver­bre­itung hat auch die Zahl der Unfälle und Zwis­chen­fälle mit Lithi­um-Ionen-Akkus rapi­de zugenom­men. Einige spek­takuläre Fälle sorgten für Schlagzeilen, etwa als ein DHL-Fracht­flugzeug abstürzte, nach­dem eine Palette mit Li-Bat­te­rien an Bord in Brand ger­at­en war. Hun­derte ähn­lich­er Vorkomm­nisse mit Feuer an Bord eines Flugzeugs wur­den bish­er reg­istri­ert. Auch die aufwendi­gen Rück­r­u­fak­tio­nen eines führen­den Smart­phone-Her­stellers vor eini­gen Jahren bracht­en die Risiken durch Li-Akkus ins öffentliche Bewusstsein.

Inzwis­chen hat man sich an die Mel­dun­gen von auf Li-Akkus zurück­ge­führte Brände schon beina­he gewöh­nt. Mal ist es ein Fahrrad­laden, mal ein Parkhaus, mal ein Post-Verteilzen­tren, mal eine Pri­vat­woh­nung. Die angegebene Bran­dur­sache ist fast immer die Gle­iche: Li-Akkus waren ohne Schutz­maß­nah­men auf­be­wahrt oder geladen worden.

Darum können Lithium-Ionen-Akkus gefährlich werden

Trotz der vie­len Brände ist Panik unange­bracht. Bei ord­nungs­gemäßer Hand­habung und sachgerechter Lagerung gel­ten Li-Akkus als sich­er, sowohl im Unternehmen wie für den pri­vat­en All­t­ag. Doch es bleibt stets ein Restrisiko. Denn jede Beschädi­gung eines Li-Ionen-Akkus, aber auch ein falsches Lagern, Laden oder Befördern kann eine Über­hitzung aus­lösen. Und spätestens dann wird es brandge­fährlich. Auch ein Tiefent­laden oder ein Über­laden schädigt eine Akkuzelle und fördert die Brandge­fahr. Die einge­baute Elek­tron­ik soll dem zwar vor­beu­gen, aber auch eine solche Schutz­funk­tion ist niemals zu 100 % ausfallsicher.

Der thermische Runaway – die Batterie „geht durch“

Die tück­ische Brandge­fahr von Li-Akkus beruht let­ztlich auf ihrem elek­tro­chemis­chen Auf­bau. Denn aus Sicht des Chemik­ers ist Lithi­um ein reak­tions­freudi­ges Met­all, das heißt es reagiert mit vie­len anderen Stof­fen, selb­st mit Wass­er. Die Reak­tio­nen kön­nen recht heftig ablaufen und hohe Tem­per­a­turen erzeu­gen. Dazu kommt, dass mit den Elek­trolyten in eng­ster Nach­barschaft des Lithi­ums brennbare und entzündlichen Stoffe vor­liegen. Die gewün­schte hohe Energiedichte bed­ingt hier den uner­wün­scht­en Neben­ef­fekt des hohen Brandrisikos.

Als risikosteigernd wirkt sich dabei aus, dass in den aus mehreren bis vie­len Einzelzellen zusam­mengeschal­teten Akkus oder Akku­packs bere­its die Beschädi­gung oder ein Defekt ein­er einzel­nen Zelle genügt, um einen sich selb­st ver­stärk­enden (autokat­alytis­chen) Prozess auszulösen. Denn sobald punk­tuell die Tem­per­atur ansteigt, erwär­men sich auch die benach­barten Zellen. Wird dann eine kri­tis­che Tem­per­atur (etwa zwis­chen 60 und 80 °C) erre­icht, startet eine unkon­trol­lier­bar Ket­ten­reak­tion, der Akku „geht durch“.

Lithium-Ionen-Akkus
Quelle: asec­os GmbH

In einem solchen Ther­mal Run­away kann die Tem­per­atur auf 800 °C ansteigen. Spätestens jet­zt bersten die Akkus, Split­ter fliegen durch die Luft, ätzende Elek­trolyt­flüs­sigkeit­en treten aus und entzün­den sich in Form von Stich­flam­men. Sämtliche gespe­icherte Energie wird schla­gar­tig in Form von Wärme freige­set­zt, so dass brennbare Mate­ri­alien in der Umge­bung Feuer fan­gen. Dass gle­ichzeit­ig die aus­tre­tenden Elek­trolyte an der Luft reagieren und hochgiftige Sub­stanzen wie Flu­o­r­wasser­stoff (Flusssäure), Phos­pho­rsäure und Phosh­pin freiset­zen, macht jeden Löschver­such für die beteiligten Per­so­n­en zusät­zlich riskant.

Schwierige Brandbekämpfung

Wass­er als Löschmit­tel war eine Zeit lang umstrit­ten, wird aber heute von den meis­ten Experten emp­fohlen. Nach diversen Ver­such­srei­hen gel­ten inzwis­chen auch Sprin­kler­an­la­gen als geeignet zur Brand­bekämp­fung. Gle­ich­wohl bleibt das Löschen von Akku-Brän­den selb­st für Feuer­wehren eine Her­aus­forderung. Auch ver­meintlich bere­its gelöschte Brände kön­nen sich kurze Zeit später erneut entzün­den. Ins­beson­dere in Brand ger­atene Elek­tro­fahrzeuge benöti­gen zum Löschen große Men­gen an Wass­er. Für ihren Abtrans­port wur­den spezielle Kühlcon­tain­er entwickelt.

Inzwis­chen sind spezielle Feuer­lösch­er erhältlich, deren Löschmit­tel – oft auf Gel-Basis – auf Akkubrände abges­timmt sind. Löschver­suche von Mitar­beit­ern mit Hand-Feuer­lösch­ern sieht die Deutsche Geset­zliche Unfal­lver­sicherung (DGUV) jedoch auf­grund der bei Li-Akku-Brän­den hohen Eigenge­fährdung als „äußerst kri­tisch“ an. All­ge­me­ingültige verbindliche Vor­gaben für ein betrieblich­es Brand­schutzkonzept gibt es noch nicht. Es wird stets auf die baulichen Ver­hält­nisse vor Ort, die Zahl und Leis­tung der Akkus, die vorge­hal­te­nen Mit­tel zur Brand­bekämp­fung und die Qual­i­fika­tion und Aus­bil­dung der betrof­fe­nen Mitar­beit­er ankommen.

Auf jeden Fall jedoch muss das Ver­hal­ten bei einem solchen Brand in ein­er Sicher­heit­sun­ter­weisung erläutert wer­den. Der Bun­desver­band Tech­nis­ch­er Brand­schutz (bvfa) hat gemein­sam mit dem Sachge­bi­et Betrieblich­er Brand­schutz der DGUV die Infor­ma­tion „Sicher­heit­shin­weise zum Löschen von Lithi­um-Ionen-Akkus“ veröf­fentlicht (Stand Juni 2010). Dieses Doku­ment liefert weit­ere Hin­weise zu Brand­bekämp­fung und Feuer­löschein­rich­tun­gen bei Li-Akku-Bränden.

Lithium-Ionen-Akkus sicher laden, lagern und transportieren

Das Risiko eines durch Lithi­um-Ionen-Akkus aus­gelösten Bran­des beste­ht sowohl beim Laden, beim Lagern wie auch beim Befördern der Akkus. Für diese Vorgänge soll­ten in einem Unternehmen Sicher­heit­skonzepte und klare Vor­gaben bestehen.

Lithium-Ionen-Akkus sicher lagern

Trotz der bekan­nten Risiken sind verpflich­t­ende Vor­gaben zum Lagern rar, denn Lithi­um­bat­te­rien gel­ten nicht als Gefahrstoffe im Sinne der Gefahrstof­fverord­nung (Gef­Stof­fV). Gle­ich­wohl gel­ten die Grund­sätze des Arbeitss­chutzrechts, das heißt der Arbeit­ge­ber muss Gefährdun­gen an den Arbeit­splätzen sein­er Beschäftigten ermit­teln, Schutz­maß­nah­men fes­tle­gen, dazu unter­weisen usw.

Ober­stes Gebot ist, einen Li-Akku nur gemäß den Vorschriften des Her­stellers zu lagern. Auch wenn für Akkus kein Sicher­heits­daten­blatt vorgeschrieben ist, soll­ten Benutzung­sh­in­weise vorhan­den sein, die zu beacht­en sind. Davon unab­hängig wird für das Auf­be­wahren von Li-Ionen-Akkus empfohlen:

  • Vor Kurz­schlüssen schützen, zum Beispiel durch Abkleben oder mit Polkappen
  • Vor Beschädi­gun­gen, Stößen, Herun­ter­fall­en, Umkip­pen usw. schützen
  • Möglichst wed­er voll­ständig geladen noch nahezu ent­laden aufbewahren
  • Stets den vorgegebe­nen Tem­per­aturbere­ich ein­hal­ten, Frost und Sonnene­in­strahlung vermeiden
  • Sicher­heitsab­stände zu brennbaren Mate­ri­alien einhalten
  • In feuerbeständig abge­tren­nten Bere­ichen lagern und durch Brand­melder überwachen
  • Eine aus­re­ichend große Löschmit­telver­sorgung sichererstellen
  • Akkus regelmäßig kon­trol­lieren und auf Schä­den prüfen
  • Akkus mit Beschädi­gun­gen, Defek­ten, Zeichen von Kor­ro­sion, Aufwöl­bun­gen oder anderen Ver­for­mungen unverzüglich aus­sortieren, sep­a­rat in einem eige­nen Brand­ab­schnitt oder gesichert im Freien zwis­chen­lagern (TRGS 510 berück­sichti­gen) und möglichst rasch fachgerecht entsorgen.

Die in ein­er Pro­duk­tion­sumge­bung vorge­hal­te­nen Akku­men­gen soll­ten sich auf die Tages- beziehungsweise Schichtbe­darfe beschränken. Jegliche darüber hin­aus gehen­den Men­gen müssen in ein­er geeigneten Weise gelagert werden.

In den let­zten Jahren wur­den spezielle Sicher­heitss­chränke entwick­elt, die zum Teil auch als soge­nan­nte Akkuschränke ange­boten wer­den. Sie ermöglich es, Li-Akkus fachgerecht, das heißt staubfrei, trock­en und geschützt aufzube­wahren oder einzu­lagern. Ein Sicher­heitss­chrank nach EN 14470–1 und EN 1363–1 schützt zum einen die dort auf­be­wahrten Akkus und zum anderen die Umge­bung. Denn sollte es trotz aller Vor­sichts­maß­nah­men im Innern des Schranks – etwa durch einen von außen nicht sicht­baren Defekt eines Akkus – zu einem Akku-Brand kom­men, kön­nen sich wed­er Flam­men noch giftige Gase aus­bre­it­en. Ist ein solch­er Sicher­heitss­chrank mit F90 gekennze­ich­net, hält er einem Feuer für min­destens 90 Minuten stand.

Ein mit F90 gekennze­ich­n­er Sicher­heitss­chrank des Her­stellers Asec­os. Quelle: asec­os GmbH

Wenn in einem Unternehmen Lithi­um-Ionen-Akkus in nicht nur ger­ingfü­gen Men­gen vorhan­den sind, emp­fiehlt es sich,

  • ein Verze­ich­nis aller im Unternehmen ver­wen­de­ten Lithi­um-Ionen-Akkus aufzustellen und zu pflegen.
  • bei allen baulichen Maß­nah­men zum Lagern von Akkus Brand­schutzex­perten hinzuziehen.
  • frühzeit­ig die für Bau­genehmi­gun­gen und Brand­schutz zuständi­gen Behör­den zu kontaktieren.
  • die in der Arbeitsstätte umge­set­zten Maß­nah­men beziehungsweise Verän­derun­gen mit der Feuer- beziehungsweise Gebäude­ver­sicherung des Unternehmens abzustimmen.

 

 
Down­load-Tipp: Da konkrete staatliche Vor­gaben zum Lagern von Li-Akkus noch rar sind, gilt unter Fach­leuten eine Pub­lika­tion der deutschen Ver­sicher­er (GDV e. V.) zur Schaden­ver­hü­tung als maßge­blich. Unter der Beze­ich­nung VdS-Richtlin­ie 3103 liefert sie – dif­feren­ziert nach Bat­te­rien geringer, mit­tlerer und hoher Leis­tung – konkrete Empfehlun­gen zum Lagern und Bere­it­stellen von Lithi­um-Bat­te­rien (Stand 2019).
Wenn in einem Unternehmen regelmäßig Li-Akkus in größere Men­gen vorhan­den sind, weil sie zum Beispiel repari­ert, geprüft oder für den Ver­sand vor­bere­it­et wer­den, dann kann für die Arbeitsstätte eine erhöhte Brandge­fährdung gemäß ASR A2.2 „Maß­nah­men gegen Brände“ vor­liegen. Somit wer­den zusät­zlich Brand­schutz­maß­nah­men erforderlich.
 

Lithium-Ionen-Akkus sicher laden

Für das sichere Laden von Li-Akkus gel­ten die oben genan­nten Grun­dregeln für das Lagern. Darüber hin­aus ist zu beachten:

  • Nur geeignete und vom Her­steller vorge­se­hene Ladegeräte verwenden
  • Aus­gekühlte Akkus vor dem Laden auf Raumtem­per­atur bringen
  • Ladegeräte und Akkus von Feuchtigkeit, Schmutz und Stäuben fernhalten
  • Ladegeräte nur auf nicht-brennbaren Unter­grün­den platzieren
  • Brennbaren Gegen­stände aus der Umge­bung der Lade­vorgänge entfernen
  • Wärmes­taus vor­beu­gen, stets für aus­re­ichende Luftzirku­la­tion und Wärme­ab­fuhr sorgen

Emp­fohlen wird zudem, Akkus nur unter Auf­sicht zu laden. Wo dies nicht prak­tik­a­bel ist, kann das Lagen in einem Sicher­heitss­chrank die Risiken min­imieren. Hochw­er­tige F90-Akkuschränke sind mit elek­trischen Ein­rich­tun­gen aus­ges­tat­tet, die ein brandgeschütztes Lagern von Akkus ermöglichen.

Lithium-Ionen-Akkus sicher transportieren

Da Li-Akkus in immer mehr tech­nis­che Geräte ver­baut wer­den, wächst die Zahl der pro­duzieren­den Betriebe auch außer­halb der Chemiebranche, die sich plöt­zlich mit Gefahrgutvorschriften befassen müssen. Denn wer als Händler oder Her­steller Note­books, Akkuschrauber oder Heck­en­scheren versendet, muss für einen sicheren und vorschrifts­gemäßen Trans­port sorgen.

Voraus­set­zung für den Trans­port von Lithi­um-Ionen-Akkus ist, dass die Akkus die Kri­te­rien des UN-Tests 38.3 erfüllen. In diesen Tests wer­den ver­schiedene, für Trans­port­si­t­u­a­tio­nen denkbare Belas­tun­gen simuliert. Ohne den Nach­weis, dass dieser Bat­teri­etyp den UN-Test 38.3 bestanden hat, darf ein Akku nicht befördert wer­den. Bei Unklarheit­en muss gegebe­nen­falls der Bat­terie-Her­steller befragt werden.

Beim Trans­port gel­ten Lithi­um-Ionen-Akkus als Gefahrgut und unter­liegen den ein­schlägi­gen Gefahrgutvorschriften. Laut ADR wer­den Ihnen fol­gende UN-Num­mern zugeordnet:

  • UN 3480: Lithium-Ionen-Batterien
  • UN 3481: Lithi­um-Ionen-Bat­te­rien in Ausrüstungen
  • UN 3481: Lithi­um-Ionen-Bat­te­rien mit Aus­rüs­tun­gen verpackt
  • UN 3090: Lithium-Metall-Batterien
  • UN 3091: Lithi­um-Met­all-Bat­te­rien in Aus­rüs­tung oder mit Aus­rüs­tung verpackt

Die spez­i­fis­chen Anforderun­gen für die Beförderung von Lithi­um­bat­te­rien auf der Straße, auf Schienen, Wasser­we­gen oder in der Luft wur­den in den ver­gan­genen Jahren immer wieder angepasst und kön­nen hier nur kurz gestreift wer­den. Wer solche Akkus auf der Straße oder Schiene, zu Luft oder zu Wass­er trans­portiert, sollte sich stets an den Vorschriften für die betrof­fe­nen Verkehrsträger (ADR/RID, IMDG Code, IATA DGR) ori­en­tieren und darauf acht­en, dass er die aktuell­ste Ver­sion vor­liegen hat. Das bet­rifft nicht nur Spedi­tio­nen und Trans­portun­ternehmen, auch der Versender oder Absender muss hin­sichtlich ein­er rechtssicheren Kennze­ich­nung und Ver­pack­ung strik­te Vor­gaben beachten.

Für die Kennze­ich­nung sind die fol­gen­den Sym­bole vorgesehen:


Maßge­blich für die Trans­port-Vor­gaben im Detail sind mehrere Kri­te­rien, darunter der Energiege­halt. Wichtig zu wis­sen ist:

  • Für Akkus bis 100 Wh Nennen­ergie gel­ten vere­in­fachte Ausnahmeregelungen.
  • Für den Trans­port von und zu Baustellen gemäß der soge­nan­nten Handw­erk­er­regelung sind – wie auch für den Trans­port zu pri­vat­en Zweck­en – Aus­nah­men von den stren­gen Anforderun­gen des ADR vorgesehen.
  • Für das Befördern defek­ter Li-Akkus gel­ten spezielle Bestimmungen.
  • Beim Ver­sand müssen diverse Son­der­vorschriften (SV) und Ver­pack­ungsan­weisun­gen (VA) beachtet werden.

Das ADR wird alle zwei Jahre aktu­al­isiert, ergänzt und neu aufgelegt. Es ist damit zu rech­nen, dass auch die Vorschriften zum sicheren Trans­portieren von Li-Bat­te­rien weit­er angepasst und ergänzt werden.

 
Down­load-Tipp: Ein Merk­blatt des Fachver­bands Bat­te­rien im ZVEI (Zen­tralver­band Elek­trotech­nik- und Elek­tron­ikin­dus­trie e. V.) erläutert, wie die Gefahrgutvorschriften beim Versenden von Li-Akkus in oder mit Geräten umge­set­zt wer­den (Stand: Dezem­ber 2020).
 

Lithium-Ionen-Akkus sicher entsorgen

Auch wenn ein Akku aus­ge­di­ent hat und nicht mehr ver­wen­det wird, beste­ht das Risiko weit­er. Denn auch in ein­er Abfall­tonne kann es zu einem Brand kom­men. Diese Gefahr ist sehr real. wie bren­nende Fahrzeuge der Mül­lab­fuhr gezeigt haben. Laut einem Befund des Ver­bands Öster­re­ichis­ch­er Entsorgungs­be­triebe (VOEB) sind falsch entsorgte Lithi­um-Bat­te­rien zur Haup­tur­sache von Brän­den in Abfall­be­hand­lungsan­la­gen geworden.

Wie für alle anderen Bat­teri­etypen gilt, dass Li-Akkus niemals in Rest­müll­ton­nen lan­den dür­fen, son­dern getren­nt gesam­melt wer­den müssen. Solange die Akkus sich im Betrieb befind­en, muss dieser für eine brand­sichere Auf­be­wahrung sor­gen. Dabei sind die Hin­weise des Akkuher­stellers zu beacht­en. Je nach Region sind dann die jew­eili­gen Rück­nahmesys­teme, Sam­mel­stellen und Wert­stoffhöfe zu nutzen oder ein Entsorgungs­di­en­stleis­ter zu beauftragen.

Autor: Fried­helm Kring


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