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"Gefahren bei Lithium-Ionen-Akku-Brand:
Schadenverhütung und löschen mit Wasser"


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Gefahren bei Lithium-Ionen-Akku-Brand: <br/>Schadenverhütung und löschen mit Wasser

© Nischaporn – stock.adobe.com

Lithium Batterien und Akkus sind als Energiespeicher äußerst leistungsstark. Nicht zuletzt aufgrund dieser Eigenschaft werden sie u.a. in E-Bikes, Elektroautos und Smartphones verwendet. Das bedeutet aber, dass Batterien und Akkumulatoren fester Bestandteil des beruflichen und privaten Alltags sind. Werden diese beschädigt oder unerwünscht belastet kann es zu teils sehr heftiger Energiefreisetzung kommen – die oftmals entstehenden Brände sind anschließend schwer zu löschen. Wie brennt ein Lithium-Ionen-Akku und welche Brandschutzmaßnahmen helfen?

Inhaltsverzeichnis

  1. Was ist gefährlich bei Li-Ionen-Akkus?
  2. Wie löscht man einen brennenden Lithium-Ionen-Akkus?
  3. Lithium-Ionen-Akku-Brandschutz und Schadensverhütung
  4. Vorgaben für den Umgang mit Lithium-Ionen-Batterien
  5. Fazit – Lithium-Ionen-Akku-Brand

Was ist gefährlich bei Li-Ionen-Akkus?

Bevor auf die Gefahrenbeurteilung bei Lithium-Ionen-Akku-Bränden eingegangen wird, ist ein Blick auf mögliche Brandursachen hilfreich. Wie bereits erwähnt gehören Beschädigungen der Akkumulatoren oder Batterie-Zellen zu den häufigsten Brandursachen. Weitere Beschädigungen, die Gründe für einen Li-Akku-Brand sein können, sind:

  • Zu hohe oder zu geringe Temperatur oder Temperaturschwankungen innerhalb eines geringen Zeitraums (thermische Belastung)
  • Physikalische Belastung in Form eines Stoßes oder Deformation des Speichermediums
  • Produktions- oder Verbauungsfehler
  • Überladung
  • Zu schnelles Laden oder gänzliche Entladung
  • Brand von außen

Eine erhöhte Gefahr bei Li-Akkus geht von der großen Menge gespeicherter Energie aus, die sich im Schadensfall ruckartig freisetzt. Aufgrund der so entstehenden hohen Temperaturen kommt es schnell zu Bränden einzelner Zellen, die sich in großem Tempo auf die Umgebung ausweiten.

Die entstehende Wärme führt dabei zum Schmelzen des Separators aus Vliesstoffen oder polymeren Folien und es kommt zum thermischen Durchgehen (thermal runaway). Dabei erhitzt eine Zelle die angrenzenden Zellen auf teilweise mehrere hundert Grad Celsius. Das Gleiche passiert bei den nächsten Zellen und wiederum bei den übernächsten: es kommt zur Kettenreaktion, an deren Ende eine Explosion des Akkus steht.

Besonders gefährlich bei Lithium-Ionen-Akku-Bränden ist auch, dass sich giftige, brennbare oder explosionsfähige Stoffe freisetzen, die ein sehr hohes Verletzungsrisiko darstellen. So ist z. B. der Elektrolyt in flüssiger Form giftig und explosionsfähig und stellt bei Austreten aus der Batterie eine große Gefahr für Personen und die Umwelt dar.

Wichtig: In der Brandgefährdung wird nicht zwischen aufladbaren Akkumulatoren und nicht wieder aufladbaren Batterien unterschieden. Li-Akkus werden meist in drei bis fünf Gefährdungsklassen unterteilt, die abhängig von der Größe und der gespeicherten Energiemenge sind.

Gefahrenklasse

Beispiel

Gewicht

0

Knopfzelle

1–10g

1

9-Volt-Block, 2A-bzw. 3A Batterie

15–50g

2

Geräte-Akku

200–600g

3

Fahrrad-Akku

3–7kg

4

Akkublock

20–400kg

Verwendung und Vorkommen

Es gibt unterschiedliche Typen an Lithium-Ionen-Akkus, die sich für unterschiedliche Einsatzmöglichkeiten auszeichnen, aber auch unterschiedliche Brandgefahren aufweisen:

Lithium-Polymer-Akku

Polymerfolie als Elektrolyt, geringe Durchmesser möglich, physikalisch und thermisch empfindlich

Lithium-Cobaltdioxid-Akku

Graphit-Anode, bei Überlastung hohes Risiko zum thermischen Durchgehen

Lithium-Titanat-Akkus

Sehr schnelle Ladezeiten und weniger Kälteanfällig, aber geringeres Speichervolumen

Lithium-Eisenphostphat-Akku

Fester Elektroyt, geringe Energiedichte und abnehmende Kapazität durch Ladezyklen, widerstandsfähig gegenüber physikalischer Einwirkung

Li-Ionen-Brand-Forum-Verlag-Herkert-GmbH
 (Durch Lithium-Ionen-Akku-Brände verursachte Elektrobrände lassen sich nur sehr schwer bis gar nicht löschen.)
© Gudellaphoto – stock.adobe.com

Wie löscht man einen brennenden Lithium-Ionen-Akku?

Zwar können grundsätzlich sowohl Schaum-, CO2- und Pulverfeuerlöscher zur Brandbekämpfung eingesetzt werden, es sollte aber eher von einer Eindämmung als von einer Löschung gesprochen werden. Denn Lithium-Ionen-Akkus lassen sich zwar durch Wasser erfolgreich kühlen, aber prinzipiell werden die Akkumulatoren in allen Fällen eher kontrolliert abgebrannt als gelöscht.

Wasser

Auf den ersten Blick erscheint das Löschung mit Wasser als zusätzliches Risiko, da Lithium wasserabweisend ist und somit auf der Oberfläche schwimmt und dabei weiterbrennen kann. Aber das „Ertränken“ des Akkumulators in Wasser führt zu einer Isolation der einzelnen Lithium-Zellen voneinander und verhindert damit das thermische Durchgehen und die Explosion.

Meist müssen große Mengen Wasser eingesetzt werden, um einen Lithium-Ionen-Akku-Brand unter Kontrolle zu halten. Das gelöschte Brandgut muss vor der fachgerechten Entsorgung anschließend weiterhin in einem Wasserbad gelagert werden, um Schwelbrände zu vermeiden.

Die Löschung eines Lithium-Ionen-Akku-Brandes durch Wasser birgt jedoch eine zusätzliche Gefahr: das Wasser reagiert mit Lithium zu hoch explosivem Wasserstoff und Lithiumoxid, weshalb bei der Löschung stets ein Sicherheitsabstand eingehalten werden sollte.

AVD-Löscher

Neben der Wasserlöschung existieren unterschiedliche Speziallöschmittel, die für den Einsatz bei Lithium-Ionen-Akku-Bränden entwickelt, aber noch nicht ausreichend in der Praxis erprobt wurden. Dazu gehört auch der sog. AVD-Löscher:

Aqua-Vermikulit-Dispersion (AVD) ist ein biologisch abbaubares Löschmittel, dass in Feuerlöschern oder Sprinkleranlagen eingesetzt werden kann. Entweder als Sprühnebel oder als Schaum führt es zur schnellen Abkühlung der Zellen und isoliert diese. Dabei wird das Vermikulit gespalten und verteilt sich als dünner Film auf dem Brandgut, der beim Kontakt mit dessen Oberfläche verschmilzt und eine Sauerstoffbarriere bildet.

Im Gegensatz zu Wasser handelt es sich bei AVD-Löschern um ein vergleichsweise teures Löschmittel – was neben dem angesprochenen Mangel an Praxiserfahrung dazu führt, dass es bislang nur wenig Verwendung in Unternehmen und Betrieben findet.

Lithium-Ionen-Akku-Brandschutz und Schadensverhütung

Das A und O sind sicherlich die ordnungsgemäße Lagerung und Betrieb von Lithium-Ionen-Akkus. Zusätzlich enthalten die meisten Brandschutzkonzepte unterschiedliche bauliche, anlagentechnische, organisatorische und versicherungstechnische Aspekte.

Brandschutz durch die richtige Lagerung

Manche mögen‘s heiß: das gilt nicht für Lithium-Ionen-Akkus – die es aber auch nicht kalt mögen. Was das bedeutet? – eine Lagerung zwischen 10 bis 20 Grad Celsius (Raumtemperatur) gilt als optimal. Zusätzlich sollte auf eine trockene Lagerfläche geachtet und ausreichend Brandmelder und Sprinkleranlagen (bevorzugt Nass- oder Vorgesteuerte Anlagen) angebracht werden.

Brandschutz in Gebäuden

Durch Maßnahmen des vorbeugenden Brandschutzes kann z.B. in Büroräumen oder Werkshallen bereits viel erreicht werden. Bei Batterieanlagen, der Verwendung von Akkumulatoren oder elektrischen Maschinen sollten grundsätzlich ausreichend Wandhydranten, Sprinkleranlagen und Rauchmelder vorhanden sein. Da es beim Lithium-Ionen-Akku-Brand zu starker Rauchentwicklung kommt, müssen zusätzlich Rauch- und Wärmeabzüge (RWA) vorhanden sein. Dadurch kann gesundheitsgefährdender und sichterschwerender Rauch entfernt werden, was im Brandfall auch zur Erleichterung von Evakuierungs- und Löschmaßnahmen führt.

Brandschutz im Freien

PV-Dachanlagen, Inselanlagen und E-Fahrzeuge – sie alle agieren mit Speichern oder Lithium-Ionen-Akkus. Um potentielle Gefahren zu minimieren, können Brandschutzbeauftragte auf eine Vielzahl an Maßnahmen zurückgreifen:

  • Sicherheitskennzeichnung
  • Abstand und Brandschutzmauern zwischen potentiellen Brandgütern
  • Ausreichend Löschmittel
  • Flächenpläne

Batteriemanagementsystem (BMS)

Bei Li-Ionen-Akkus werden mehre Zellen zu einem Modul zusammengefügt. Für den sicheren und effizienten Betrieb ist ein Kontrollsystem integriert. Dieses sog. Batteriemanagementsystem besteht aus verschiedenen Sensoren und einer Batterie-Kontrolleinheit. Es dient nicht nur dem Zweck der optimalen Nutzung des Energiespeichers, sondern überwacht als Schnittstelle zwischen Endgerät und Lithium-Ionen-Akku Spannung, Temperatur und den allgemeinen Zustand.

Fachgerechte Entsorgung

Auch Altbatterien die vermeintlich leer sind, können noch potentiell gefährliche Strommengen enthalten. Zum Betrieb elektrischer Anlagen und Geräte ist die Menge nicht mehr ausreichend, zur Brandentstehung jedoch schon. Aufgrund längerer Beanspruchung, die in den meisten Fällen bereits eine mehrfache thermische, elektrische oder mechanische Überbeanspruchung mit sich brachte, haben Altbatterien ein erhöhtes Brandrisiko.

Deshalb ist es bei der Sammlung und Lagerung von Altbatterien wichtig, dass sich die Pole nicht gegenseitig berühren und die verbleibenden Restspannungen dadurch nicht addieren.

Schutzmaßnahmen bei der Lagerung von Altbatterien

Einzelne Schutzmaßnahmen zeigen bereits große Wirkung. Werden sie kombiniert, lässt sich ein Brandrisiko bei Altbatterien nahezu ausschließen. Die erfolgsversprechenden Vorgehensweisen dabei sind:

  • Abkleben beider Pole
  • Regelmäßige Entsorgung um das Brandgut gering zu halten
  • Lagerung in Sicherheitsbehältern und an eigens dafür etablierten Sammelorten

Vorgaben für den Umgang mit Lithium-Ionen-Batterien

Vorgaben

Beispiele

Gesetze und Bestimmungen

  • Keine speziellen Regelungen für Lithium-Ionen-Batterien
  • TRGS 510
  • LBO, IndBauRL

Herstellervorgaben

  • Beachtung des zulässigen Temperaturbereichs
  • Keine direkte Sonneneinstrahlung
  • Entfernung beschädigter Akkus

Firmeninterne Regelung

  • Lagerhöhe ≥ 3m
  • Lagervolumen ≥ 7m³
  • Brandbereiche

Versicherungsvorgabe

  • VdS 2000 (Brandschutz im Betrieb)
  • VdS 2259 (Brandschutz im Lager)
  • VdS 3603 (Lagerung von Li-Akkus)

Gefährdungsbeurteilung

  • Installation einer Brandmeldeanlage
  • Einbau einer Löschanlage
  • Mitarbeiterschulung

Allgemeines

  • Vorsichtiger Transport von Lagergut
  • Mängelmeldung
  • Brandlasten von Zündquellen trennen

Das Arbeitsschutzgesetz verlangt vom Arbeitgeber, dass das Arbeiten „so harmlos wie möglich“ gestaltet werden muss. Im Umgang mit gefährlichen Stoffen wie Gasen, Stäuben und Flüssigkeiten, die gesundheitsschädliche Eigenschaften haben, greift die TRGS 510. Das Problem hierbei ist, dass die technische Regel nicht mehr zeitgemäß ist und Li-Akkus in dieselbe Rubrik wie Zink-Kohle-Batterien einstuft und somit deren Gefahren nicht gerecht wird.

Zum Umgang mit Lithium-Akkus und der Vermeidung von Lithium-Ionen-Akkus-Bränden existieren jedoch bislang keine weiteren Regelungen. Dadurch werden sie als nicht gefährlich oder besonders gefährlich eingestuft – was von der Realität weit entfernt ist.

Fazit – Lithium-Ionen-Akku-Brand

Lithium-Ionen-Technologie ist heutzutage im wirtschaftlichen wie privaten Alltag nicht mehr wegzudenken und entwickelt sich in einem rasanten Tempo weiter. Ob in Smartphones, Laptops, E-Bikes, E-Autos, PV-Anlagen oder als industrielle Speicheranlagen, Li-Ionen-Akkus sind aufgrund ihrer elektrotechnischen Fähigkeiten vielseitig genutzt. Gleichzeitig stellen sie aber eine ständige Brandgefahr dar.

Vor allem in Büroräumen wird die Gefahr eines Lithium-Ionen-Akku-Brands oft unterschätzt. Das liegt nicht zuletzt daran, dass in Produktions- oder Lagerbereichen die Schadenshöhen deutlich höher ausfallen können und umfassendere Brandschutzkonzepte umgesetzt werden.

Aber egal bei welcher Akku- oder Batterieart ist es ein großes Problem, dass man den inneren Zustand bislang nicht prüfen, messen oder durch eine Sichtprobe einsehen kann – an dieser Stelle versuchen Batteriemanagementsysteme ein gewisses Maß an Abhilfe zu schaffen.

Kommt es zum Lithium-Ionen-Akku-Brand ist dieser heftig und brennt solange, wie Rest-Energie in den Zellen vorhanden ist. Deshalb sollte bei Akkus der Gefahrenklasse 3–4 (s.o.) stets ausreichend Löschmittel vorhanden sein. Um dem Risiko eines Lithium-Ionen-Akkus-Brands gerecht zu werden, sollten bauliche, analgentechnische und organisatorische Brandschutzmaßnahmen umgesetzt werden.

Quellen: Die GefahrstoffverordnungDas Erste

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