Risikomanagement - Erneuerbare Energien -
Brandgefahr von Akkus im Haushalt
Akkus sind aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Ob in Smartphones, Laptops, Taschenlampen oder anderen mobilen Geräten – sie liefern die benötigte Energie. Doch nicht alle Akkuzellen sind gleich aufgebaut. Je nach Zelltyp variiert auch die Brandgefahr erheblich. In diesem Blog-Beitrag werfen wir einen Blick auf die gängigsten Zelltypen und deren Sicherheitsaspekte.
Nach einer kurzen Beschreibung der Zelltypen werden Sie in diesem Artikel einen Einblick in den persönlichen Erfahrungsschatz des Autors in Zusammenhang mit LI-Ionen Akkus erhalten.
1. Lithium-Ionen-Zellen (Li-Ion)
Die am weitesten verbreiteten Akkuzellen sind Lithium-Ionen-Zellen. Sie zeichnen sich durch eine hohe Energiedichte, lange Lebensdauer und gutes Ladeverhalten aus. Allerdings sind sie auch empfindlich gegenüber Überhitzung, Überladung und mechanische Beschädigungen. Wird eine Li-Ion-Zelle beschädigt oder falsch behandelt, kann es zu einem sogenannten thermischen Durchgehen kommen, bei dem die Zelle überhitzt und in Brand gerät. Daher sind sorgsamer Umgang, das richtige Ladegerät und ein funktionstüchtiges Batteriemanagement essenziell.
2. Lithium-Polymer-Zellen (LiPo)
Lithium-Polymer-Akkus sind eine Variante der Lithium-Ionen-Zellen, bei denen der Elektrolyt in Form eines festen oder gelartigen Polymers vorliegt. Dies ermöglicht flexiblere Bauformen und geringeres Gewicht. Allerdings sind LiPo-Zellen besonders anfällig für mechanische Beschädigungen und Überladung. Wird die Zellstruktur beschädigt, kann dies zu Kurzschlüssen und Bränden führen. Deshalb werden sie oft in Anwendungen eingesetzt, bei denen Gewicht und Form wichtiger sind als maximale Sicherheit.
Lithium-Eisenphosphat-Zellen, besser bekannt als LiFePO4-Akkus, erfreuen sich wachsender Beliebtheit als sichere und langlebige Alternative zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus. Sie bieten eine Reihe von signifikanten Vorteilen bei einem gleichzeitig deutlich reduzierten Brandrisiko.
LiFePO4-Akkus zeichnen sich durch eine Vielzahl positiver Eigenschaften aus, die sie für ein breites Anwendungsspektrum attraktiv machen: Einer der größten Vorzüge ist ihre hohe Zyklenfestigkeit. LiFePO4-Zellen können bis zu 5.000 Mal und mehr geladen und entladen werden, was ihre Lebensdauer im Vergleich zu anderen Lithium-Ionen-Technologien erheblich verlängert. Die chemische Struktur von Lithium-Eisenphosphat ist von Natur aus stabiler. Dies macht die Zellen weniger anfällig für thermisches Durchgehen, Überhitzung und Brand. Ein integriertes Batterie-Management-System (BMS) schützt zusätzlich vor Fehlbedienungen wie Überladung, Tiefentladung und Kurzschluss.
Vorteile
Obwohl LiFePO4-Zellen als die sicherste Lithium-Ionen-Technologie gelten, ist das Brandrisiko nicht vollständig ausgeschlossen. Es ist jedoch im Vergleich zu anderen Lithium-Ionen-Chemien, wie beispielsweise Lithium-Kobaltoxid (LiCoO2), erheblich geringer.
Ein Brand bei einer LiFePO4-Batterie ist selten und tritt in der Regel nur unter extremen Umständen auf, eine Überladung über die spezifizierte Spannungsgrenze hinaus erfolgt oder ein ungeeignetes Ladegerät zu übermäßiger Hitzeentwicklung führt. Ebenso können schwere mechanische Beschädigungen wie ein Durchstich oder starkes Quetschen der Zelle zu einem internen Kurzschluss und in der Folge einem Brand münden.
LiFePO4-Akkus sind bei ordnungsgemäßer Handhabung und Verwendung eines qualitativ hochwertigen Akkus mit integriertem Batteriemanagementsystem (BMS) als zuverlässig und sicher einzustufen.
Nickel-Metallhydrid-Zellen (NiMH)
NiMH-Zellen sind eine ältere Technologie, die inzwischen seltener verwendet wird. Sie haben eine geringere Energiedichte als Lithium-Zellen, gelten aber als sicherer und bringen weniger Brandgefahr mit. Selbst bei Überladung oder Beschädigung neigen NiMH-Akkus eher dazu, Wärme abzugeben, ohne sofort Brände zu verursachen. Dennoch sollten auch sie mit einem passenden Ladegerät betrieben werden, um Risiken zu minimieren.
Blei-Säure-Batterien
Blei-Säure-Batterien ist eine sehr alte Technologie. Derartige Batterien kommen vor allem in Fahrzeugen als Starterbatterien und stationären Energiespeichern zum Einsatz. Sie sind robust und vergleichsweise günstig, haben aber eine geringere Energiedichte und eine kürzere Lebensdauer. Die Brandgefahr ist bei diesen Batterien eher gering, allerdings besteht das Risiko von Säurelecks und Gasentwicklung, was zu anderen Sicherheitsproblemen führen kann.
Erfahrungen & Erkenntnisse bei der Bearbeitung eines Brandschadens durch LI-Ionen Akkus
Beim Laden einer Stirnlampe sind die beiden verbauten 1,2 V Akkus thermisch durchgegangen. Die Stirnlampe wurde in einem trockenen Waschbecken mit einem Ladegerät geladen, das den erforderlichen Stecker aufwies. Das Ladegerät wurde an den normalen Wechselstrom via Steckdose angeschlossen (230 v/50Hz). Im Zuge des Ladevorgangs kam es offensichtlich zu einer Überhitzung der Akkus und in Folge zum Kurzschluss und einer Explosion. Der Elektrolyt ist verbrannt.
Nachdem der erste Akku durchgegangen war, die Schutzhülle aufgerissen und die aufgewickelte Kupferelektrode wie eine 25 cm lange, spiralförmig gewickelte Pyramide ausgefahren ist und der Elektrolyt unter starker Rauchentwicklung stark exotherm reagiert hat, ist Sekunden später der zweite Akku durch eine Explosion in zwei Stücke zerrissen worden. Die Komponenten wurden durch die Explosion vom Ladeort weggeschleudert. Die Explosion ging mit einem Pistolenschuss ähnlichem Geräusch einher.
Ein Teil der Batterie blieb auf einer Keramikoberfläche liegen, der zweite kam auf einem Parkettboden zu liegen. Die exotherme Reaktion war derartig stark, dass der Boden Feuer fing und selbst nach dem Löschen des Brandes durch beherzte Fußtritte abermals zu brennen begann.
Als Ursache für die Explosion und den Brand konnte ein Ladegerät ausgemacht werden, das mit zu hohem Strom die Zellen lud. Die betroffenen 1,2 V Zellen haben kein BMS und sind somit vor zu starkem Ladestrom nicht geschützt!
Bild: F. Weingraber
Bild: F. Weingraber
Fazit
Die Wahl des Akku-Zelltyps beeinflusst nicht nur die Leistungsfähigkeit eines Geräts, sondern auch die Sicherheit im Betrieb. Lithium-Ionen- und Lithium-Polymer-Zellen bieten hohe Kapazitäten, erfordern aber ein sorgfältiges Management, um Brandgefahren zu minimieren. Ältere Technologien wie NiMH oder Blei-Säure sind oft sicherer, aber weniger leistungsstark. Wichtig ist, dass Akkus nur mit den empfohlenen Ladegeräten betrieben und vor mechanischen Schäden geschützt werden, um das Risiko von Bränden zu reduzieren.
Mit der richtigen Handhabung und moderner Technik lassen sie sich zu einem großen Teil vermeiden. Die Vielzahl an verfügbaren Ladegeräten mit passenden Steckern kann aber leider dazu führen, dass ein falsches Ladegerät verwendet wird, der Akku überladen wird und es zu Akku-Bränden kommt. Wenn Akkus Feuer fangen, brennen sie unter starker Rauchentwicklung unter sehr hoher Energiefreisetzung ab.
Risikomanagementmaßnahmen für den Umgang mit Akkus von Kleingeräten
Stellen Sie sicher, dass immer das richtige Ladegerät mit geeigneter maximaler Spannung und entsprechender Ladestrombegrenzung Verwendung findet.
Stellen Sie sicher, dass Akkus in einem geschützten, feuerfesten Behälter geladen werden, um die Gefahr eines Brandes effektiv zu eliminieren!
Ingenieurbüro für Technische Geologie und Wasserbau
Unternehmensberatung einschließlich Unternehmensorganisation
office@tg-s.at
+43 677 647 353 20
Dorf 48, 4853 Steinbach, Österreich
Ingenieurbüro für Technische Geologie und Wasserbau
Unternehmensberatung einschließlich Unternehmensorganisation
office@tg-s.at
+43 677 647 353 20
Dorf 48, 4853 Steinbach, Österreich