Gefahren im Umgang mit Lithium-Ionen Akkus
Bauartbedingt bergen Lithium-Akkus ein erhöhtes Gefahrenpotential – die damit verbundenen Brandrisiken können jeden Gewerbebetrieb treffen. In diesem Artikel werfen wir einen eingehenden Blick auf die Nachteile von Lithium-Batterien sowie auf mögliche Gefahren im Umgang mit Lithium-Ionen-Akkus.
Sind Lithium-Batterien gefährlich?
Lithium-Ionen-Akkumulatoren sind eine vergleichsweise junge Technologie. Doch seit ihrer Markteinführung Anfang der 90er Jahre haben sie den Markt für Energiespeicher nachhaltig geprägt und alte Technologien nach und nach verdrängt. Heute sind Lithium-Ionen-Akkus nicht mehr aus unserem Alltag wegzudenken – und das aus gutem Grund: Sie können besonders klein und gleichzeitig sehr effizient sein und sind daher für eine Vielzahl von Anwendungen interessant. Nicht nur Smartphones und Tablets beziehen ihre Energie aus Lithium-Batterien, auch im Bereich Elektromobilität spielen sie eine wichtige Rolle. Lithium-Energiespeicher punkten hier unter anderem durch ihre hohe Energiedichte bei geringem Eigengewicht und einer schnellen Aufladung.
Die Kehrseite der Medaille: Immer wieder hört man von gefährlichen Vorfällen im Zusammenhang mit Lithium-Ionen-Akkus. Im Jahr 2017 sorgte ein Parkhausbrand in Hannover für Schlagzeilen – verursacht wurde er durch den Akku eines E-Bikes. 2018 starb ein Mann aus Hamburg bei der Explosion eines Akku-Ladegerätes. Keine Frage: Explosionen und Brände von Lithium-Ionen-Akkus können verheerende Folgen haben, indem sie teure Folgeschäden verursachen oder im schlimmsten Fall Menschenleben kosten. Daher stellt sich nicht nur für Privatpersonen, sondern vor allem auch für Betriebe die dringende Frage nach einer möglichst sicheren Handhabung und Lagerung. Denn Fakt ist: §4 ASchG verpflichtet Arbeitgeber zur Ermittlung und Beurteilung von Gefährdungen sowie zur Umsetzung geeigneter Schutzmaßnahmen.
Lithium-Ionen-Akkus unterliegen strengen Sicherheitstests
Bei den heutigen Fertigungsstandards sind Lithium-Akkus als vergleichsweise sicher anzusehen. So werden in der Regel bereits seitens des Herstellers verschiedene Sicherheitstests durchgeführt, bevor (Serien-)Produkte in den Verkehr gebracht werden. Zum Beispiel ist eine Beförderung von Lithium-Energiespeichern nur dann zulässig, wenn ein Testzertifikat nach UN 38.3 vorliegt. Zur Erlangung dieses Zertifikats müssen einige Versuchsreihen erfolgreich absolviert werden, bei denen die Akkus unter verschiedenen Transportbedingungen getestet werden. Dazu gehören:
- Höhensimulation
- Thermische Prüfung
- Schwingung
- Schlag
- Äußerer Kurzschluss
- Aufprall/Quetschtest
- Überladung
- Erzwungene Entladung
Da die Akkus bei solchen Tests bis über ihre Belastungsgrenzen hinaus beansprucht werden, finden sie unter besonderen Sicherheitsvorkehrungen statt. Viele unserer Kunden führen zusätzlich eigene Testreihen durch, zum Beispiel, um die Sicherheit der Lithium-Batterien in Verbindung mit ihren Produkten zu verifizieren. Dafür nutzen Sie Technische Raumsysteme als sichere Testumgebung.
Um die Sicherheit von Lithium-Ionen-Akkus zu erhöhen, können Hersteller diese bereits auf Zellebene mit verschiedenen Sicherheitseinrichtungen ausstatten. Wird innerhalb der Zelle ein entflammbarer Elektrolyt eingesetzt, können zum Beispiel flammhemmende Additive beigefügt werden, um besseren Schutz zu gewährleisten. Auch eine crashsichere Unterbringung des Akkumulators in einem korrosionssicheren Gehäuse mit feuerhemmendem Schaum kann eine wirkungsvolle Maßnahme sein.
Interessieren Sie sich für das Testen von Lithium-Energiespeichern?
Der "Thermal Runaway" bei Lithium-Batterien
Im Umgang mit Lithium-Ionen-Akkus sollten Sie besondere Vorsicht walten lassen – denn immer wieder kommt es zu gefährlichen Bränden. Wenn etwas passiert, sind die Folgen meist verheerend. Die Gefahr ergibt sich aus der Bauweise des Akkus selbst. Wo Materialien mit hohen Energiedichten und hochentzündliche Elektrolyte zusammen kommen, bilden diese im wahrsten Sinne des Wortes eine brandgefährliche Mischung.
Besonders gefährlich wird es immer dann, wenn eine Lithium-Batterie ihre gespeicherte Energie unkontrolliert abgibt. Denn sobald die entstehende Wärme den Schmelzpunkt des Separators überschreitet, kommt es zu einer unkontrollierbaren Kettenreaktion, dem gefürchteten „Thermal Runaway“ (thermisches Durchgehen).
Die hohe Wärmeenergie führt dabei zunächst zu einer Verdampfung der Elektrolytflüssigkeit, wodurch zusätzliche Wärme und brennbare Gase entstehen. Steigt der Druck über einen gewissen Punkt an, werden die brennbaren Gase frei und bilden ein zündfähiges Gemisch mit der Luft – Flammen entstehen an der Außenseite der Batterie.
Bereits das thermische Durchgehen von nur einer Zelle genügt, um die benachbarten Zellen des Akkublocks so weit aufzuheizen, dass eine folgenschwere Kettenreaktion entsteht. Ist diese einmal in Gang gesetzt, dauert es nur wenige Minuten bis zum explosionsartigen Abbrennen des Akkus. Solche Brände mit Lithium-Ionen-Batterien lassen sich nur schwer beherrschen und das Feuer breitet sich schnell aus. Der Feuerwehr bleibt oft nur die Möglichkeit, benachbarte Bereiche zu schützen.
3 Gefahren von Lithium-Ionen-Akkus
Im Normalbetrieb gilt das Benutzen von Lithium-Batterien als sicher. Doch dies gilt nur, solange jeder ordnungsgemäß mit ihnen umgeht. Werden Lithium-Ionen-Akkus beispielsweise fehlerhaft gehandhabt oder gelagert, können sie ein erhebliches Sicherheitsrisiko darstellen. Auch werksseitige, technische Defekte können nicht immer von vornherein ausgeschlossen werden.
Elektrische Überlastung
Ein typisches Risiko im Umgang mit Lithium-Akkus ist tatsächlich ganz alltäglich: Nämlich das Auf- und Entladen. Eine elektrische Überlastung kann hier aus etlichen Gründen auftreten, zum Beispiel durch die Verwendung eines falschen Ladegerätes. Aber auch in Folge einer Tiefentladung kann es zum Brandfall kommen. Sind Lithium-Ionen-Akkus für längere Zeit nicht in Gebrauch, können sie sich vollständig entladen. Falsche Lagerbedingungen – zum Beispiel die Aufbewahrung außerhalb der vom Hersteller empfohlenen Lagertemperatur – können diesen Effekt begünstigen. Hier kommt es zur Zersetzung der Elektrolytflüssigkeit und infolgedessen zur Bildung leicht brennbarer Gase. Wird anschließend versucht, die tiefentladenen Lithium-Ionen-Zellen wieder aufzuladen, kann die zugeführte Energie durch das Fehlen von Elektrolytflüssigkeit nicht mehr korrekt umgesetzt werden. Es kann zum Kurzschluss beziehungsweise zum Brand kommen.
Mechanische Beschädigung
Bei der Handhabung von Lithium-Ionen-Akkus besteht immer auch ein gewisses Risiko, diese zu beschädigen. Kollisionen mit Betriebsfahrzeugen, ein Sturz auf harten Boden oder Quetschen bei falschen Lagerbedingungen sind nur einige Beispiele für mechanische Beschädigungen. Werden Zellen infolgedessen deformiert, kann das zu inneren Kurzschlüssen und zum Brand des Akkus führen. Auch Verunreinigungen bei der Produktion der Zellen selbst können nicht zu 100 Prozent ausgeschlossen werden. In seltenen Fällen kann es passieren, dass Partikel, die fälschlicherweise bei der Produktion in die Zelle gelangen, diese im Laufe der Zeit von innen schädigen. Auch hier können innere Kurzschlüsse auftreten.
Thermische Überlastung
Externe Wärme- oder Energiequellen können Lithium-Akkus aufheizen und so durch thermische Überlastung zu einem Brand führen. Typische Gefahrenquellen sind zum Beispiel offenes Feuer, heiße Maschinenteile oder eine Lagerung unter direkter Sonneneinstrahlung.
FAQ – Häufig gestellte Fragen
Hier finden Sie Antworten auf häufig gestellte Fragen zu den Nachteilen und Gefahren von Lithium-Ionen-Akkus
Welche Nachteile haben Lithium-Ionen-Akkus?
Lithium-Ionen-Akkus sind weit verbreitet und werden in vielen elektronischen Geräten wie Smartphones, Laptops und Elektrofahrzeugen eingesetzt. Obwohl sie viele Vorteile bieten, sind auch die Nachteile nicht zu vernachlässigen.
Brandgefahr: Unter bestimmten Umständen können Lithium-Ionen-Akkus in Brand geraten oder explodieren. Dies kann durch Überladung, Überhitzung, mechanische Beschädigung oder unsachgemäße Handhabung verursacht werden. Obwohl solche Vorfälle relativ selten sind, haben sie zu Sicherheitsbedenken geführt und erfordern besondere Vorsichtsmaßnahmen bei der Herstellung, dem Transport und der Verwendung der Akkus.
Begrenzte Lebensdauer: Lithium-Ionen-Akkus haben eine begrenzte Anzahl von Lade- und Entladezyklen, bevor ihre Leistung abnimmt. Dies führt zu einer allmählichen Verschlechterung der Batteriekapazität im Laufe der Zeit, was bedeutet, dass sie nach einigen Jahren Nutzung möglicherweise nicht mehr so lange halten wie zu Beginn.
Umweltauswirkungen: Die Herstellung von Lithium-Ionen-Akkus erfordert den Abbau von Rohstoffen wie Lithium und Kobalt. Außerdem kann die Entsorgung von ausgedienten Lithium-Ionen-Akkus eine Herausforderung darstellen, da sie giftige beziehungsweise schädliche Substanzen enthalten und als Sondermüll zu entsorgen sind.
Leistung bei extremen Temperaturen: Extrem hohe oder niedrige Temperaturen können die Leistungsfähigkeit von Lithium-Batterien beeinträchtigen.
Was ist zu tun, wenn ein Lithium-Ionen-Akku brennt?
Wenn ein Lithium-Ionen-Akku brennt, ist es wichtig, schnell zu handeln, um die Gefahr zu minimieren. Hier sind einige Schritte, die Sie unternehmen können:
Sicherheit: Die oberste Priorität ist Ihre Sicherheit und die Sicherheit anderer Personen in der Nähe. Verlassen Sie den Bereich, falls möglich, und sorgen Sie dafür, dass alle anderen sich ebenfalls in Sicherheit bringen.
Feuerwehr rufen: Benachrichtigen Sie umgehend die örtliche Feuerwehr über den Brand. Es ist wichtig, dass Fachleute die Situation einschätzen und das Feuer bekämpfen.
Schutzmaßnahmen: Versuchen Sie, sich vor möglichen toxischen Gasen und Dämpfen zu schützen, indem Sie sich in eine gut belüftete Umgebung begeben und sich vom Brandrauch fernhalten.
Feuerbekämpfung: Wenn Sie über geeignete Schutzausrüstung und Kenntnisse zur Brandbekämpfung verfügen, können Sie versuchen, das Feuer zu löschen.
Isolation: Versuchen Sie, den brennenden Akku von anderen brennbaren Materialien zu isolieren, um die Ausbreitung des Feuers beziehungsweise eine Explosion zu verhindern.
Evakuierung: Falls sich der Akku in einem Gebäude befindet, sollten Sie die Evakuierung des Gebäudes in Betracht ziehen und andere Personen warnen, damit sie sich in Sicherheit bringen können.
Es ist wichtig, dass Sie in einem solchen Notfall die örtlichen Sicherheitsvorschriften befolgen. Die obigen Schritte dienen als allgemeine Richtlinien, ersetzen jedoch nicht die Ratschläge von Fachleuten wie Feuerwehrleuten oder anderen Experten.
Mehr zur Brandbekämpfung bei Lithium-Batteriebränden lesen Sie in unserem Magazin.
Sind Lithium-Ionen-Akkus eine Gefahr?
Lithium-Ionen-Akkus sind grundsätzlich sicher und werden in einer Vielzahl von Geräten und Anwendungen eingesetzt, darunter Mobiltelefone, Laptops, Elektroautos und viele andere elektronische Geräte. Allerdings bergen sie gewisse Risiken, insbesondere wenn sie falsch verwendet, beschädigt oder unsachgemäß entsorgt werden.
Zu den potenziellen Gefahren von Lithium-Ionen-Akkus gehören Kurzschlüsse, Überhitzung, Brände und Explosionen. Wenn ein Akku beschädigt oder unsachgemäß behandelt wird, kann dies zu einem thermischen Durchgehen (Thermal Runaway) führen, bei dem sich der Akku stark erhitzt und in einigen Fällen Feuer fangen kann. Solche Vorfälle sind jedoch relativ selten.
Wie sollte man mit Lithium-Ionen-Akkus umgehen?
Um die Risiken von Lithium-Ionen-Batterien zu minimieren, gibt es Sicherheitsmechanismen wie Schutzelektronik und spezielle Gehäuse, die vor Überladung, Überhitzung und anderen potenziellen Gefahren schützen. Es ist wichtig, Lithium-Ionen-Akkus gemäß den Herstelleranweisungen zu verwenden, nicht zu überladen oder zu tief zu entladen und Beschädigungen zu vermeiden.
Wenn Lithium-Ionen-Akkus entsorgt werden, sollten sie entsprechend den örtlichen Vorschriften für Elektronikschrott entsorgt werden.
Generell gilt:
Verwenden Sie nur Ladegeräte, die für Lithium-Ionen-Akkus geeignet sind: Stellen Sie sicher, dass Sie ein qualitativ hochwertiges Ladegerät verwenden, das speziell für Lithium-Ionen-Akkus entwickelt wurde. Verwenden Sie, wenn möglich, Originalakkus und Zubehör des Herstellers.
Vermeiden Sie extreme Temperaturen: Lithium-Ionen-Akkus sollten vor übermäßiger Hitze und Kälte geschützt werden. Vermeiden Sie es, die Akkus direkter Sonneneinstrahlung oder hohen Temperaturen auszusetzen, da dies die Leistung und Lebensdauer beeinträchtigen kann. Lagern Sie Akkus auch nicht in extrem kalten Umgebungen.
Vermeiden Sie physische Beschädigungen: Schützen Sie Lithium-Ionen-Akkus vor Stößen, Fallenlassen oder starken Vibrationen. Eine physische Beschädigung kann zu Leckagen oder anderen Sicherheitsproblemen führen.
Verwenden Sie den Akku regelmäßig: Lithium-Ionen-Akkus sollten regelmäßig verwendet und nicht längere Zeit unbenutzt gelassen werden. Eine längere Lagerung bei entladenen oder vollständig geladenen Zuständen kann zu einer Verschlechterung der Akkuleistung führen.
Laden Sie den Akku richtig auf: Halten Sie sich an die Anweisungen des Herstellers bezüglich der empfohlenen Ladezeiten und Ladezustände. Überladen Sie den Akku nicht, da dies die Akkuleistung beeinträchtigen kann. Entfernen Sie den Akku aus dem Ladegerät, sobald er vollständig aufgeladen ist.
Generell gilt:
Das Gefahrenpotential von Lithium-Ionen-Akkus steigt, je mehr Energie die verwendeten Akkus speichern können und je größer die Menge ist, die gelagert wird. Dies sowie Ihre individuellen betrieblichen und baulichen Gegebenheiten, Prozesse und organisatorischen Randbedingungen sollten immer im Einzelfall im Rahmen einer Gefährdungsbeurteilung bewertet werden.
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