Sie sind überall im Einsatz und leisten in allen möglichen Anwendungen grosse Dienste. Doch leider sind diese kleinen Energiespeicher nicht ganz ungefährlich.

Autor: Daniel Rölli

In vielen technischen Geräten werden heutzutage leistungsstarke Lithium-Akkumulatoren verbaut. Diese relativ junge Technologie, die erst seit 1991 auf dem Markt ist, wird in Smartphones, Tablets, Notebooks, Handwerkzeugen und zunehmend auch in Fahrzeugen eingesetzt. Die Vorteile wie schnelles Laden, lange Lebensdauer und Wartungsfreiheit sprechen für diese Energiespeicher. Das dies nicht ganz gefahrlos ist, geht dabei beinahe vergessen.

Hohe Energie auf kleiner Fläche

Aufgrund der grossen Energiedichte, die in den Lithium-Akkumulatoren gespeichert werden kann, ist für sie ein erhöhter Brandschutz gefordert. Denn je höher die Energiedichte bei Batterien und Akkumulatoren, desto grösser die Brandgefahr. Weil die Lithium-Ionen-Akkus mit verschiedenen Materialien an den Elektroden und am Separator stetig optimiert werden, ist eine allgemeingültige Aussage über die Akkueigenschaften schwierig. Brände von lithiumhaltigen Batterien und Akkumulatoren sind sehr schwer zu löschen. Bei einem Brand von Lithium-Energiespeichern wird aufgrund der sehr grossen Energiedichte extreme Hitze freigesetzt. Weil die lithiumhaltigen Energiespeicher bei einem Brand den für das Feuer nötigen Sauerstoff selbst herstellen, bleibt fast nur die Kühlung der Umgebung als Brandschutz übrig. Ein brennender Energiespeicher muss demnach so lange gekühlt werden, bis keine Wärmeentwicklung mehr messbar ist. Dieser Vorgang kann bis zu zwei Wochen dauern. Zudem entstehen bei einem Brand flüssige und/oder dampfförmige Umweltgifte, die bei Hautkontakt oder beim Einatmen die Gesundheit erheblich gefährden können. Als Sofortmassnahme bei einem Brand eines kleinen Akkupakets ist es am effizientesten, es mit einer im Fachhandel erhältlichen Feuerlöschdecke zuzudecken.

«Je höher die Energiedichte bei Batterien und Akkumulatoren, desto grösser die Brandgefahr.»

Brandursachen

Die Überhitzung der Akkus oder Batterien ist die häufigste Ursache eines Brandes. Starke Sonneneinstrahlung kann schon genügen, wenn das Kühlsystem des Geräts versagt. Die Akkumulatoren sollten nicht auf heisse Gegenstände wie Metalle oder auf Öfen gelegt werden. Wenn eine Zelle zu heiss wird (ab circa 150 °C), kann der Separator in der Zelle schmelzen und einen Kurzschluss im Zelleninnern verursachen. Durch das Erhitzen der Zelle werden die Nachbarzellen ebenfalls erhitzt, was zu einer Kettenreaktion im Batteriepaket führt. Dabei können Temperaturen von über 1000 °C entstehen. Auch das Versagen des Batteriemanagementsystems kann eine Überhitzung im Innern des Batteriesystems bewirken. Wenn die Elektronik im Managementsystem einen Defekt aufweist, kann der Energiespeicher zur Überladung kommen. Ebenso gefährlich ist die zu hohe Stromentnahme, die durch das Versagen der Elektronik entstehen kann. In beiden Fällen kann es zu einer Überhitzung der Batterien oder der Akkumulatoren mit Brandgefahr kommen. Die eingebaute Entladeelektronik begrenzt die Temperatur im Normalfall beim Entladen auf ca. 60°C.

Eine weitere Gefahr bringt die Tiefenentladung. Bei der Tiefenentladung der Lithium-Ionen-Zellen kann durch das Fehlen der Elektrolytflüssigkeit die zugeführte Energie nicht mehr gespeichert werden, wenn die Elektrolytflüssigkeit fehlt. Durch diesen Vorgang werden die Akkumulatoren durch irreversible chemische Vorgänge zerstört. Deshalb wird die Ladeenergie zu Wärme. Im Weiteren können aufgrund von chemischen Vorgängen im Inneren der Batterie Kurzschlüsse entstehen.

Vorsicht bei mechanischer Beschädigung

Die mechanische Beschädigung einer Batterie- oder Akkumulatoren-Zelle ist eine weitere häufige Brandursache. Durch die Beschädigung kann es in den Zellen oder an den Anschlüssen zu Kurzschlüssen kommen, und die Energiespeicher können ebenfalls überhitzen. Auch der Eintritt von Feuchtigkeit nach einer Beschädigung kann zu unerwünschten chemischen Reaktionen führen, die wiederum eine unerwünschte Erwärmung der Zellen bewirken. Sogar die Verschmutzung der Kontaktstellen von Energiespeichersystemen kann zu einem unkontrollierbaren Stromfluss oder zu einer Wärmeentwicklung und dadurch ebenfalls wieder zu einer Überhitzung führen.

Vorsichtsmassnahmen

Da die hohe Energiedichte bei Lithium-Akkumulatoren momentan konkurrenzlos ist, werden diese Energiespeichersysteme in immer mehr Geräten eingebaut. Der steigende Komfort kabelloser Geräte führt dazu, dass Profi- und Hobby-Handwerker immer mehr leistungsstarke, akkubetriebene Geräte nutzen. Auch in der Freizeit und im Haushalt halten die beliebten Energiespeicher immer häufiger Einzug. In Fahrzeugen und Wohnmobilen werden immer mehr dieser Energiespeicher verbaut.

Werden die Vorsichtsmassnahmen eingehalten, können die Gefahren der Lithium-Batterien-Technologie stark minimiert werden. Eine der wichtigsten vorbeugenden Massnahmen ist es, die Bedienungsanleitungen und Benutzerhandbücher der Geräte zu beachten.

Es wäre ideal, grosse Mengen Lithium-Ionen-Akkumulatoren im Freien zu lagern. Widerstandsfähige Stahlbehälter oder Brandschutzschränke können eine Kettenreaktion verhindern, da sie Funken, Flammen, Hitze und Splitter aus der Explosion einer Batterie widerstehen. Die Stahlbehälter oder Brandschutzschränke sollten über ein Gasmanagementsystem verfügen. So können bei einem Akku-Brand entstehende Gase sicher aus dem Behälter geführt und eine Explosion des Behälters verhindert werden. Die optimale Temperatur zum Lagern der Lithium-Ionen-Akkumulatoren liegt zwischen 18 und 25°C.

Die Akkumulatoren sollten nicht in der Umgebung von brennbaren Materialien und unbeaufsichtigt geladen werden. Natürlich sind die Hersteller bemüht, die Lithium-Ionen-Akkumulatoren sicherer zu machen und ihre Leistungsdichte weiterzuentwickeln, um die hervorragenden Energiespeicher in weiteren Bereichen gefahrenfrei einsetzen zu können. Aber ein Restrisiko bleibt, zumindest heute.

Fachgerechte Entsorgung

Wenn vermutet wird, dass der Akkumulator beschädigt oder tiefenentladen ist, sollte er unter keinen Umständen weiterverwendet werden. Dasselbe gilt, wenn er Verformungen wie Aufblähungen oder Ausstülpungen aufweist. Durch die Beschädigung der Zellen beim Verladen und beim Transportieren sind schon Schwelbrände entstanden. Grundsätzlich ist der Transport von Lithiumbatterien ein Gefahrenguttransport, unabhängig davon, ob die Batterie beschädigt ist oder nicht. Jedoch wird zwischen kleinen und grossen Energiespeichern unterschieden.

Was heute eigentlich jedem klar sein sollte ist, dass Batterien und Akkumulatoren nicht im normalen Hausmüll entsorgt werden dürfen. Gebrauchte Batterien gelten in der Schweiz als Sonderabfall. Besitzer von Akkumulatoren oder Batterien sind in der Schweiz gesetzlich verpflichtet, sie zum Verkäufer oder eine andere Sammelstelle zurückzubringen. In der Schweiz besteht eine gesetzliche Rücknahmepflicht für alle Verkaufsstellen und für den Handel. Batterien und Akkus können überall dort gratis zurückgegeben werden, wo sie verkauft werden, unabhängig von einem früheren Kauf, weil die vorgezogene Entsorgungsgebühr (VEG) im Verkaufspreis inbegriffen ist.

«Für eine Lithium-Ionen-Batterie ab 100 Wh sind die entsprechenden Transportvorschriften zu beachten»