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Lithium-Ionen-Batterien - Damit die Zelle nicht durchgeht

Lithium-Ionen-Batterien
Damit die Zelle nicht durchgeht

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In Lithi­um-Ionen-Akkus steckt erhe­blich mehr Energie als in herkömm­lichen Bat­te­rien. Wenn sie tech­nisch defekt sind oder unsachgemäß gehand­habt wer­den, kann das zu gefährlichen Brän­den führen. Das Risiko eines solchen „ther­mis­chen Durchge­hens“ lässt sich jedoch mit ver­schiede­nen Maß­nah­men reduzieren.

Eine Rauch­wolke über dem Ter­mi­nal A rief Ende Okto­ber die Berlin­er Feuer­wehr und Flughafen­feuer­wehr Tegel auf den Plan. Vor Ort mussten sie ein Feuer löschen und mehrere Ter­mi­nal­bere­iche entrauchen. Grund für den Ein­satz war jedoch kein Prob­lem im Flug­be­trieb: In einem Werk­stat­traum mit Ladeein­rich­tun­gen für Bat­te­rien waren Lithi­um-Ionen-Akkus in Brand geraten.

Brandgefahr steigt mit Energiedichte von Lithium-Ionen-Batterien

Tegel ist kein Einzelfall, Mel­dun­gen im Zusam­men­hang mit bren­nen­den oder explodieren­den Lithi­um-Ionen-Akkus häufen sich. Das liegt zum einen daran, dass immer mehr dieser leis­tungsstarken Spe­ich­er in Umlauf kom­men – allein in Deutsch­land sind es mehr als 10.000 Ton­nen pro Jahr. Gründe dafür gibt es viele: die steigende Zahl von Smart­phones und Tablets, der Kom­fort beim Arbeit­en mit kabel­losen Werkzeu­gen, die Energiewende mit ihrem Trend zu Strom­spe­ich­ern und Elek­troau­tos und nicht zulet­zt die beson­dere Leis­tungsstärke der kom­pak­ten Akkus. Zum anderen ist die Brandge­fahr bei Lithi­um-Ionen-Akkus tat­säch­lich größer als bei Akkus auf Basis von Blei oder Nick­el-Cad­mi­um, weil sie deut­lich höhere Energiedicht­en aufweisen. Diese Brandge­fahr kommt vor allem bei tech­nis­chen Defek­ten und bei nicht sachgerechter Hand­habung zum Tragen.

Hauptproblem falsches Handling

Das Fraun­hofer-Insti­tut für Solare Energiesys­teme (ISE) hat in den ver­gan­genen Jahren in den Forschung­spro­jek­ten „SPEISI“ und „Safe­ty First“ die Sicher­heit, Zuver­läs­sigkeit und Per­for­mance von Pho­to­voltaik-Heim­spe­ich­ern auf Basis von Lithi­um-Ionen-Bat­te­rien unter­sucht. Tech­nis­che Bedenken haben die ISE-Forsch­er dabei nicht bekom­men, sie sind bei ihren Pro­jek­ten aber auf einige Ungereimtheit­en gestoßen: „von sor­glosem Trans­port bis zur sub­op­ti­malen Auf­stel­lung“, so Stephan Lux, der die Gruppe „Bat­teri­etech­nik“ am Fraun­hofer ISE leit­et. Das deckt sich mit der Ein­schätzung der Berufs­feuer­wehren, die im fehlen­den Wis­sen und dem falschen Han­dling das Haupt­prob­lem sehen – und auch mit den Erken­nt­nis­sen der Dekra. Die Prüfge­sellschaft schätzt beispiel­sweise, dass es mehr als wöchentlich zu Brän­den in Recy­clinghöfen kommt, weil immer mehr Lithi­um-Bat­te­rien aus Gedanken­losigkeit oder Schlampigkeit im Rest­müll oder im Elek­tro- und Met­allschrott lan­den. Der Bun­desver­band der Deutschen Entsorgungs‑, Wass­er- und Rohstof­fwirtschaft (BDE) fordert vor diesem Hin­ter­grund sog­ar eine Pfandpflicht für Lithium-Batterien.

„Thermal Runaway“ verhindern

Die Risiken lassen sich jedoch bere­its mit eini­gen Maß­nah­men im alltäglichen Gebrauch reduzieren. Dass defek­te Akkus nicht länger ver­wen­det und aus­ge­di­ente Bat­te­rien sachgerecht entsorgt wer­den, sollte selb­stver­ständlich sein.

Für funk­tion­stüchtige Lithi­um-Ionen-Akkus gilt: Zu Akkuschä­den, Brän­den oder Explo­sio­nen führen hohe Tem­per­a­turen im Inneren der Zellen. Dieser soge­nan­nte Ther­mal Run­away kann durch fol­gende Fak­toren aus­gelöst wer­den: starke äußere Erwär­mung, äußer­er oder inner­er Kurz­schluss, Über­ladung oder Tiefentladung.

  1. Starke äußere Erwär­mung: Ab 60 Grad entste­ht Gas, weil sich die Elek­trolyt­flüs­sigkeit zer­set­zt und ver­dampft. Ab 160 Grad zer­set­zt sich das Kath­o­de­nak­tiv­ma­te­r­i­al, wodurch sich Hitze entwick­elt und Sauer­stoff freige­set­zt wird. Man sollte Akkus also nicht direkt in der Sonne oder im Som­mer im heißen Auto liegen lassen.
  2. Äußer­er Kurz­schluss: Dazu kommt es, wenn die Bat­teriepole durch leit­fähiges Mate­r­i­al ver­bun­den wer­den, beispiel­sweise durch Fin­ger­ringe, andere kleine Met­all­ge­gen­stände oder met­allis­che Unter­gründe. Um das zu ver­hin­dern, kann man entwed­er mit Klebe­streifen die Pole voneinan­der isolieren oder die Akkus selb­st schützen, etwa indem man sie einzeln verpackt.
  3. Inner­er Kurz­schluss: Diese Verbindung der einzel­nen Zellen kann durch Fehler beim Her­stel­lung­sprozess entste­hen, aber auch durch mech­a­nis­che Ein­wirkung wie Herun­ter­fall­en, starke Erschüt­terung oder Vibra­tio­nen. Ein allzu rabi­ater Umgang mit Akku-Werkzeu­gen sollte also ver­mieden wer­den. Vor­sicht: Wenn es zu ein­er äußeren Beschädi­gung gekom­men ist, kann ätzende Elek­trolyt­flüs­sigkeit auslaufen.
  4. Über­ladung: Schon eine ger­ingfügig zu hohe Ladespan­nung führt auf­grund zu großer Lade­ströme zu ein­er Erhitzung des Akkus. Daher dür­fen Lithi­um-lonen-Akkus nur mit dem vorge­se­henen Ladegerät geladen wer­den, nicht mit Geräten von anderen Akkus oder von anderen Her­stellern. Ist der Akku voll, muss das Ladegerät den Prozess sofort und automa­tisch beenden.
  5. Tiefent­ladung: Lithi­um-Ionen-Akkus dür­fen nur bis zu ein­er gewis­sen Kapaz­ität ent­laden wer­den. Diese Min­destka­paz­ität kann beispiel­sweise durch Kurz­schlüsse oder unsachgemäße Ver­wen­dung des Akkus unter­schrit­ten wer­den. Dann zer­set­zt sich die Elek­trolyt­flüs­sigkeit und es entste­hen Gase wie Kohlen­monox­id, Kohlen­diox­id, Methan, Ethan und Ethen sowie Wasser­stoff. Daher sollte man den Ladezu­s­tand im Auge behalten.

Außer­dem ist die Lebens­dauer von Lithi­um-Ionen-Akkus begren­zt. Gün­stig ist ein Lade­stand zwis­chen 40 und 60 Prozent sowie eine trock­ene, küh­le und frost­freie Lagerung zwis­chen 0 und 45 Grad. Bei län­ger­er Lagerung sollte von Zeit zu Zeit der Aufladezu­s­tand kon­trol­liert und bei Bedarf wieder­aufge­laden wer­den. Bei der Lagerung von ent­lade­nen Akkus kann es zur Tiefent­ladung kom­men. Immer­hin: Beim Löschmit­tel sind Lithi­um-Ionen-Akkus nicht anspruchsvoll. ABC-Feuer­lösch­er oder Met­all­brand­feuer­lösch­er helfen zwar nicht – aber viel Wasser.


Sicherheitshinweise für Lithium-Ionen-Akkus

  • Ver­wen­den Sie auss­chließlich Ladegeräte, die vom Her­steller für den Akku oder, bei fest ver­baut­en Akkus, für das jew­eilige Gerät vorge­se­hen sind.
  • Zer­legen, öff­nen oder zerklein­ern Sie Akkus oder Bat­te­rien niemals.
  • Set­zen Sie Zellen/Batterien wed­er Feuer noch Tem­per­a­turen über 60 Grad Cel­sius aus. Ver­mei­den Sie daher auch die Lagerung in direk­tem Sonnenlicht.
  • Ver­mei­den Sie es, den Akku Frost auszusetzen.
  • Zellen/Batterien dür­fen nicht kurzgeschlossen wer­den. Bei Lagerung, bei der ein gegen­seit­iger Kurz­schluss möglich ist, soll­ten die Pole abgek­lebt werden.
  • Schützen Sie Zellen/Batterien vor mech­a­nis­chen Stößen und Beschädi­gun­gen. Die Flüs­sigkeit undichter Zellen darf nicht mit der Haut in Berührung kom­men und keines­falls in die Augen gelangen.
  • Entsor­gen Sie Zellen/Batterien ordnungsgemäß.
  • Basteln Sie keine eige­nen Akkupacks.

Quelle: Insti­tut für Schaden­ver­hü­tung und Schaden­forschung der öffentlichen Ver­sicher­er e.V. (IFS)


Literatur und Links

  • Was die Lagerung und Bere­it­stel­lung der Bat­te­rien bet­rifft, existieren derzeit keine geset­zlichen Vorschriften. Ver­ant­wortliche müssen sich ger­ade beim The­ma Brand­schutz größ­ten­teils selb­st mit Hin­ter­grund­wis­sen ver­sor­gen. Dabei möchte der Bun­desver­band Tech­nis­ch­er Brand­schutz e.V. (bvfa) mit sein­er Pub­lika­tion „Brand­schutzKom­pakt“ unter­stützen. https://bvfa.de/ebook/download/134
  • Hin­weise zur Schaden­ver­hü­tung bei der Bere­it­stel­lung von Lithi­um­bat­te­rien in Pro­duk­tions- und Lager­bere­ichen gibt die Pub­lika­tion „VdS 3103 – Lithi­um-Bat­te­rien“ vom Gesamtver­band der Deutschen Ver­sicherungswirtschaft (GDV). Darin wer­den die Bat­te­rien abhängig von Lithi­umge­halt, Gewicht und Leis­tung in drei Kat­e­gorien eingeteilt und bewertet.
    https://shop.vds.de (Artikel Nr.: V3103, Aus­gabe: 2019-06)
  • Der Bun­desver­band der Deutschen Entsorgungs‑, Wass­er- und Rohstof­fwirtschaft (BDE) erörtert in einem Leit­faden geset­zliche Grund­la­gen für die Entsorgung von Abfällen, die Lithi­um­bat­te­rien und ‑zellen enthal­ten. Der aktu­al­isierte BDE-Prax­isleit­faden zu Samm­lung, Ver­pack­ung und Trans­port gemäß ADR 2019 von Lithi­um­bat­te­rien und ‑zellen (auch in Elek­troalt­geräten) ist erhältlich unter www.bde.de/documents/64/Broschure-Lithiumbatterien-Aktualisierung-2019_D3G5puz.pdf.
  • Lithi­um-Ionen-Akkus sind Gefahrgut der Klasse 9 und unter­liegen daher beim Trans­port den Gefahrgutvorschriften. Details regelt für den Straßen­verkehr die ADR. Darin ist als Aus­nah­meregelung eine soge­nan­nte Handw­erk­er­regel enthal­ten. Einen Überblick gibt ein Merk­blatt der BG RCI, eingestellt ins Down­load­cen­ter am 23.09.2016. www.bgrci.de (Such­be­griff KB 008 – Gefahrgut im Pkw und Klein­trans­porter – Kleinmengen)

    Foto: privat

    Autorin: Petra Hannen

    Fachjour­nal­istin

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