Inhaltsverzeichnis
- Was ist gefährlich bei Li-Ionen-Akkus?
- Wie löscht man einen brennenden Lithium-Ionen-Akkus?
- Lithium-Ionen-Akku-Brandschutz und Schadensverhütung
- Vorgaben für den Umgang mit Lithium-Ionen-Batterien
- 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 |
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| (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 |
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| Herstellervorgaben |
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| Firmeninterne Regelung |
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| Versicherungsvorgabe |
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| Gefährdungsbeurteilung |
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| Allgemeines |
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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 Gefahrstoffverordnung, Das Erste
