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Gerätekonfigurator

Lithium – die unterschätzte Gefahr

13.06.2017

  • Immer wieder werden Unfälle mit lebensbedrohlichen Situationen für den Menschen durch Handys gemeldet.

Einsatz in Ex-gefährdeten Bereichen verbietet sich

Lithium-haltige Batterien bieten mit ihrer hohen Energiedichte und einer niedrigen Selbstentladungsrate auf den ersten Blick Vorteile gegenüber anderen konventionellen Batterien und Akkus. Doch trotz des hohen technischen Entwicklungsstandes sorgen Fehlbedienungen und Fehler in der Konstruktion immer wieder für Explosionen und Brände mit Personen- und hohem Sachschaden. Wie gefährlich sind Lithium-Ionen-Akkus wirklich? Müssen wir Angst vor diesen Akkus haben? Und: Ist der Benutzer nicht besser beraten, auf diesen umstrittenen, hoch entzündlichen Batterietyp – insbesondere wenn es sich um Anwendungen im Ex-Bereich handelt - ganz zu verzichten, um potentielle Katastrophen zu verhindern?  

Brandanfällige Technik

Unglücke mit der brandanfälligen Lithium-Ionen-Technik bei Handhabung und Lagerung gibt es viele: So ruft der amerikanische Computer-Hersteller Dell 2006 Millionen Notebook-Akkus mit Lithium-haltigen Zellen von Sony zurück bzw. tauscht im Jahr 2000 rund 27.000 Notebook-Akkus aus, nachdem bekannt wird, dass Lithium-Ionen-Akkus plötzlich in Brand geraten sind. Zwei Besorgnis erregende Ereignisse im Zusammenhang mit Lithium-Batterien treten Anfang 2013 bei Boeing auf. Nach der Landung eines Dreamliners in Boston entdeckt die Reinigungscrew einen Batteriebrand. Nur wenige Tage später leitet der Pilot eines japanischen Inlandfluges eine Notlandung auf dem Flughafen Takamatsu ein. Das Bordsystem zeigt Batterie-Probleme sowie eine Rauchentwicklung an. Boeing bannt die Gefahr letztlich mit einem stählernen Panzergehäuse samt Titan-Auspuffrohr ins Freie, so dass ein Batteriebrand nicht auf das Flugzeug überspringen kann. Probleme gibt es darüber hinaus beim US-Fahrzeughersteller Tesla. In Indianapolis kollidiert ein Tesla S mit hoher Geschwindigkeit mit einem Baum. Der elektrische Energiespeicher entzündet sich. Das gesamte Fahrzeug brennt aus.  

Störfälle mit lebensbedrohlichen Situationen

Dazu werden immer wieder Stör- und Unfälle mit lebensbedrohlichen Situationen für den Menschen durch Laptop, Tablet, PC, Handy und Smartphone gemeldet. Nach Akku-Bränden zieht das südkoreanische Technologieunternehmen Samsung die Notbremse, stoppt zunächst die Produktion und verkündet für das Galaxy Note 7 später das endgültige Aus – ein beispielloses Debakel im Smartphone-Geschäft. Jüngstes Negativ-Ereignis in einer langen Kette von Vorfällen mit Lithium-haltigen Batterien: Der Honeywell-Konzern stellt vorsorglich Produktion und Auslieferung zwei seiner tragbaren Multigaswarngeräte ein. Kunden berichten von überhitzten Batteriezellen. Bestell- und Versandsperre, verkündet der Konzern, blieben bis auf Weiteres bestehen.  

Zivilluftfahrt-Organisation untersagt Transport

Die Internationale Zivilluftfahrt-Organisation ICAO sieht die Sicherheit von Mensch, Anlage und Umwelt in Gefahr und reagiert. Seit April 2016 verbietet ICAO den Transport von Lithium-Ionen-Batterien im Frachtraum von Passagierflugzeugen. Hintergrund der Entscheidung ist die berechtigte Sorge um eine Feuergefahr durch die Batterien. Damit folgt ICAO einer Empfehlung von Boeing. Der Flugzeugbauer hatte seinen Kunden bereits 2015 nahegelegt, keine großen Ladungen Lithium-Ionen-Batterien mehr zu transportieren.  Rückblick: Seit Mitte der 1990er Jahre sind Lithium-Akkus und Batterien auf dem Markt. Rund zwei Milliarden werden jedes Jahr verbaut. Lange Zeit galt diese Technik als die erlösende Erfindung der Akku-Branche, da diese nicht dem Problem des Memory-Effektes, also des Kapazitätsverlustes bei häufiger Teilentladung, unterworfen war. Heute wissen wir: Die Gefahren dieser Akku-Technologie wurden jahrelang unterschätzt, ja ignoriert; die zahlreichen Unfälle lassen die Öffentlichkeit immer wieder aufschrecken. Lithium-Ionen-Akkus bestehen aus dutzenden Lagen von beschichteten Metallfolien. Plus- und Minus-Schichten sind jeweils durch einen Separator getrennt, eine hauchdünne Schutzschicht. Kommt es durch Überhitzung zu Rissen in dieser Schutzschicht, kann die gespeicherte Energie unkontrolliert freigesetzt werden. Der Akku schmort durch und kann sogar explodieren. Je größer der Akku, desto heftiger die chemische Reaktion. Die Akku-Größe eines Handys reicht zu einer Flammenbildung bereits aus. Dabei werden zusätzlich noch giftige Gase frei – sie allein können schon tödlich sein. Ein Film des Instituts für Schadenverhütung und Schadenforschung (IFS) in Kiel zeigt eindrucksvoll Lithium–Akkus als brandgefährliche Energiespeicher und empfiehlt, Rauchmelder unbedingt dort zu installieren, wo Lithium-Akkus geladen werden.  

Auch Lagerung birgt Gefahren und Risiken

Doch nicht nur beim Handling kann es zu schweren Unfällen mit Lithium-haltigen Batterien kommen. Schon die Lagerung der Akkumulatoren birgt erhöhte Gefahren und Risiken. Die Brandlast ist aufgrund der chemischen Zusammensetzung deutlich höher einzustufen als etwa bei herkömmlichen Akkus.   Im Auftrag der US-amerikanischen National Fire Protection Association (NFPA) ist eine Studie zur Massenlagerung von Lithium-Ionen-Akkus initiiert worden. Fazit: Von Lithium-Ionen-Akkus gehen aufgrund ihrer brennbaren Elektrolytflüssigkeit mehrere besondere Brandgefahren aus. Denn dicht aneinander gelagerte zylindrische Lithium-Ionen-Zellen und Polymerzellen verhalten sich im Brandfall anders als die bekannten, herkömmlichen Akkus. Batterie-Experten sehen die großen Nachteile eines Lithium-Ionen-Akkus: „Sie reagieren deutlich empfindlicher und sensibler auf Umwelteinflüsse als Akkumulatoren anderer Bauarten. Bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes wird der Widerstand innerhalb des Akkus derart hoch, dass er nur noch wenig bis keine Ladespannung abgeben kann. So können Geräte erst wieder ohne Einschränkungen in Betrieb gehen, wenn der Akku eine gewisse Betriebstemperatur hat.“ Lithium ist hochgradig reaktiv, reagiert auf Reize und ist nur schwer unter Kontrolle zu bekommen. Einflüsse wie hohe Umgebungs-Temperaturen, zu hohe Ladespannung, Kurzschluss, ja sogar schon eine zu starke Beanspruchung können im Akku eine exotherme Reaktion auslösen.  

Nur schwer unter Kontrolle zu bringen

Für die Gesellschaft für Gerätebau (GfG), ein weltweit führender Hersteller von Gaswarngeräten mit Hauptsitz in Dortmund, ist die Lithium-Ionen-Technologie daher absolut tabu. Die GfG benutzt ausschließlich Nickel-Metallhydrid-Batterien. Sie sind, so die Batterie-Experten der GfG, im Vergleich zur Lithium-Technik wesentlich sicherer und bieten eine ausreichend lange Lebensdauer bei zuverlässiger Energieabgabe, ohne die Gefahren der lithiumhaltigen Zellen im Bereich von explosiven Gasen heraufzubeschwören.  

Zuverlässige Energietechnik ist überlebenswichtig

GfG-Geschäftsführer Jörg Hübner fragt sich, warum externe Fach- und Prüfstellen die Lithium-Ionen-Technik angesichts der hinlänglich bekannten Risiken überhaupt noch zulassen und fordert ein Umdenken in der Akku-Branche. Die GfG will sichere Geräte, dazu Richtlinien, die auf die Sicherheitstechnik von Batterien abzielen und fordert verlässliche Rahmenbedingungen, Technologien und internationale Standards. Lithiumhaltige Batterien, warnt Jörg Hübner, dürfen in Ex-gefährdeten Zonen oder sicherheitsrelevanten Bereichen nicht zum Einsatz kommen. Eine zuverlässige Energietechnik – gepaart mit einer kontinuierlichen Qualitätskontrolle – sei überlebenswichtig.  

Schlussbetrachtung:

Die Energiedichte von Batterien – mag es auch noch so wünschenswert sein – lässt sich nicht beliebig erhöhen. Wundersame Lösungen wird man in der Akku-Branche in den nächsten Jahren mit der heute bekannten Technik nicht erwarten können. Batteriesysteme mit einer hohen spezifischen Kapazität, einem exzellenten Zyklenverhalten, einer geringen Selbstentlade-Tendenz und einer hohen Sicherheit gelten aber als elementare Faktoren und werden in der Batterietechnik auch in Zukunft eine tragende Rolle spielen.

 

von Jörg Hübner

Karte der GfG Standorte

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Klönnestrasse 99
44143 Dortmund