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Brandrisiko von Lithium-Ionen-Akkus

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Das Brandrisiko von Lithium-Ionen-Akkus ist und bleibt ein wichtiges Thema.
Das Brandrisiko von Lithium-Ionen-Akkus ist und bleibt ein wichtiges Thema. (Bildquelle: theJIPEN/iStock/Thinkstock

Zur Brandprävention für Lithium-Batterien in Produktions- und Lagerbereichen liegen nach Untersuchungen der Versicherer neue Empfehlungen vor.

Durch die spektakuläre Rückrufaktion von Samsung-Tablets ist das Brandrisiko von Lithium-Ionen-Akkus erneut ins Gerede gekommen. In den Diskussionen geht oft unter, dass auch viele andere Geräte betroffen sein können. Ende Oktober hat das Institut für Schadenverhütung und Schadenforschung (IfS) z.B. von einem Fall berichtet, bei dem der Akku einer Rollstuhl-Schiebehilfe explodiert ist. Nur aufgrund eines glücklichen Zufalls ist nichts Schlimmeres passiert.

Das IfS ist eine Institution der öffentlichen Versicherer mit acht Standorten in Deutschland. Die Mitglieder gehören zum Sparkassen-Finanzverbund und sind in der Feuerversicherung Marktführer. Daher besteht dort ein großes Interesse, Brandschadensfälle zu untersuchen und den Brandursachen auf den Grund zu gehen. Beispielhafte Fälle stellen die Wissenschaftler des IfS nach Aufklärung Fachkreisen und der interessierten Öffentlichkeit zur Verfügung.

Lithium-Ionen-Energiespeicher auf dem Siegeszug

Lithium-Ionen-Batterien haben sich seit ihrem ersten Auftreten in Verbraucherprodukten Anfang der 90er Jahre stetig weiter verbreitet. Ihre Vorteile liegen auf der Hand: Spezifische Energie, Zellspannung und Wirkungsgrad sind hoch, Leistungsverluste durch den unerwünschten Memory-Effekt oder Selbstentladung dagegen gering. Damit fällt die Wahl meist auf sekundäre (das sind die wiederaufladbaren) Lithium-Ionen-Akkus spätestens dann, wenn Gewicht und Volumen der Energiespeicher für eine Anwendung oder ein Produkt wichtige Faktoren sind. Längst kommt kaum ein mobiles Kommunikationsmittel wie Handy, Laptop oder Tablet ohne wiederaufladbare Lithium-Ionen-Akkus aus.

Auch die ehrgeizigen Ziele zu einer breiten Entwicklung der Elektromobilität auf deutschen Straßen sind ohne Lithium-Ionen-Akkus kaum vorstellbar. Gerade für Anwendungen in der Automobilbranche besticht die Zellentechnologie der Lithium-Ionen durch ihre hervorragende Leistungs- und Energiedichte. Die folgende Abbildung zeigt ein sogenanntes Ragone-Diagramm, welches unterschiedliche Energiespeichertechnologien in einem Koordinatensystem darstellt. Damit werden die Unterschiede der verschiedenen Batterietypen grafisch sichtbar.

Technologievergleich verschiedener Energiespeicher
Technologievergleich verschiedener Energiespeicher (Bildquelle: „Arbeitsanweisungen für die Elektrofachkraft“)

Brandrisiken durch Lithium-Ionen-Batterien

Immer häufiger zeigt sich jedoch: Die gesteigerte Energiedichte der Lithium-Ionen-Technologie kann zulasten der Brandsicherheit gehen. Denn wenn ein Lithium-Ionen-Akku seine Energie nicht wie gewünscht gezielt und kontrolliert abgibt, wird thermische Energie frei. Dabei erhitzen die Akkus und die Gefahr von Bränden oder Explosionen steigt rapide. Ursache für die unkontrollierte Energieabgabe kann z.B. ein interner Kurzschluss durch einen Herstellungsfehler oder auch mechanische Beschädigungen oder Überhitzung durch falsche Handhabung, Lagerung oder Transport sein. Verschärfend hinzu kommt, dass die Elektrolytlösungen von Lithium-Ionen-Akkus brennbar sind. Nicht ohne Grund hat z.B. die Internationale Zivilluftfahrt-Organisation (ICAO) ein Transportverbot für Lithium-Batterien als Fracht in Passagierflugzeugen erlassen.

Diese Brandgefahren betreffen nicht nur die Handyproduzenten, sondern alle Hersteller und Dienstleister der Elektrobranche, welche Lithium-Ionen-Batterien in ihre Produkte einbauen oder aus anderen Gründen zwischenlagern. Vom E-Bike bis zum Rasenmäher, vom Gabelstapler bis zur Solaranlage, wer in der Produktion, Installation oder Instandhaltung mit Lithium-Ionen-Akkus zu tun hat oder gar damit handelt, sollte um die Brandgefährdung und die richtigen Präventionsmaßnahmen wissen.

Löschen mit Wasser: Für und Wider

Zum optimalen Löschen brennender Lithium-Ionen-Akkus gibt es unterschiedliche Sichtweisen. Einerseits soll der Einsatz von Wasser vermieden werden, da Lithium sehr reaktionsfreudig ist. Lithium auf keinen Fall mit Wasser in Berührung zu bringen, raten Chemiker. Neuere Untersuchungen legen jedoch nahe, dass Brände dennoch mit größeren Mengen Wasser gelöscht werden sollten. Als Gründe werden genannt, dass durch Wasser

  • benachbarte, noch nicht brennende Zellen abgekühlt werden.
  • frei werdende gefährlichen Stoffe gebunden oder zu unkritischen wässrigen Lösungen verdünnt werden.

In die gleiche Kerbe schlägt auch eine neue Studie des Gesamtverbands der Deutschen Versicherungswirtschaft (GDV).

Brandprävention für Lithium-Batterien

Der GDV hatte bei der VdS Schadenverhütung GmbH Brandversuche mit Lithium-Ionen-Akkus in Auftrag gegeben. Deren Ergebnisse wurden im August veröffentlicht. Ziel war, herauszufinden, ob eine Sprinkleranlage die Ausbreitung eines Brandes auf Kartons mit Lithium-Ionen-Akkus wirksam begrenzen kann. Dies scheint erfolgversprechend zu sein. „Je früher die Löschanlage auslöste und je vollständiger sie das gefährliche Lagergut mit Wasser kühlte, desto besser war die Schutzwirkung. Die vom Wasser gekühlten Akkus fingen deutlich später Feuer, teilweise konnte ein Übergreifen des Brandes sogar ganz verhindert werden“, so wird Carsten Tormöhlen, der Leiter der GDV-Projektgruppe Lithium-Batterien zitiert.

Die Brandschutzexperten empfehlen zur Brandprävention für Lithium-Batterien in Produktions- und Lagerbereichen u.a.:

  • Lithium-Batterien grundsätzlich wie einen Gefahrstoff behandeln.
  • Polkappen verwenden, um äußere Kurzschlüsse zu verhindern.
  • Wärme und direkte Sonneneinstrahlung vermeiden.
  • Beschädigte oder defekte Lithium-Batterien umgehend aus Lager- und Produktionsbereichen entfernen.
  • Größere Lagermengen (ab 7 m³) sowie alle Batterien ab mittlerer Leistung räumlich-baulich feuerbeständig abtrennen.
  • Ein ganzheitliches Brandschutzkonzept für Lagerbereiche mit Lithium-Ionen-Akkus erstellen, welches auch die Lagerbedingungen, die Verpackungsmaterialien und Umgebungseinflüsse umfasst.
  • Automatische Löschanlagen (Sprinkleranlagen) einsetzen, die einen Entstehungsbrand möglichst in den ersten Minuten wirksam bekämpfen.

Die GDV hat inzwischen ihr Merkblatt zur Schadenverhütung für Lithium-Batterien entsprechend aktualisiert. Dieses Dokument enthält weitere Hinweise zur Schadenverhütung beim Lagern oder Bereitstellen von Lithium-Batterien. Es steht zum kostenlosen Download auf den Websites des VDS zur Verfügung.

Hinweis: Zum 1. Januar 2017 tritt die neue Fassung des ADR in Kraft. Dieses „Europäische Übereinkommen über die internationale Beförderung gefährlicher Güter auf der Straße“ bringt in der aktuellen Fassung für 2017 auch einige neue Regelungen für den Transport von Lithium-Ionen-Batterien.

Autor: Dr. Friedhelm Kring

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Kommentare

Kommentar von Holger Zipf |

Hallo zusammen,
ein Fahrrad -Akku (LiIonen)wurde Wochenlang nicht mehr benutzt. Ist auch nicht mehr geladen worden(Lagerung neben brennbaren Stoffen). Dieser Akku löste einen Brand aus. Ursache unklar. Sind Vorschriften bekannt, wie Akku dieser Bauart gelagert werden sollen? Akku für Fahrräder sind den Erschütterungen der Straße ausgesetzt. Ich habe den Eindruck, dass hier eine zu wenig geprüfte Gefahr zu wenig Beachtung findet. Gruß Holger

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