Ein brennendes E-Auto auf einem Autofrachtschiff oder auch ein brennender Laptop in einem Passagierflugzeug - solche Schlagzeilen sind heutzutage keine Seltenheit mehr.
Zurückzuführen sind solche Brandentstehungen auf Lithium-Ionen-Batterien, die mit ihrer potentiellen Freisetzung von explosiven und toxischen Gasen sowie der damit verbundenen Brand- und Explosionsgefahr eine Gefahr für Mensch und Umwelt darstellen. Die größte Gefahr solcher defekten Batteriezellen liegt in der unkontrollierbaren Kettenreaktion und dem schwierigen Löschverhalten.

Lithium-Ionen-Batterien werden in vielen elektronischen Geräten wie Smartphones, Laptops und Elektrofahrzeugen eingesetzt, vor allem aufgrund ihrer winzigen Größe, aber dennoch großer Effizienz, einer hohen Energiedichte und schnellen Aufladung.

©123rf.com/tonybaggett

Gefährliche Kettenreaktion führt zu Explosionen

Kurzschlüsse, Überhitzungen, Brände und Explosionen lassen sich auf folgende drei Hauptgründe zurückführen: eine elektrische Überlastung, eine thermische Überlastung oder eine mechanische Beschädigung.

Im Falle einer dieser Gefahren beginnt eine unkontrollierte Abgabe der gespeicherten Energie, die eine Wärmereaktion hervorruft. Die Überschreitung eines bestimmten Wärmepunktes löst eine unkontrollierte Kettenreaktion, den gefürchteten „Thermal Runaway“ aus. Schnell bilden sich Elektrolytlösungsmitteldämpfe und damit ein zündfähiges Gemisch in der Luft, welches eine Flammenentstehung an der Außenseite der Batterien und in wenigen Minuten ein explosionsartiges Abbrennen des Akkus bewirkt.

Brandbehebung stellt Feuerwehr vor Meisteraufgabe

Die Brandbehebung eines solchen Brandes stellt die Feuerwehr vor eine große Herausforderung. Im Falle eines Brandes verursacht die thermische Isolierung des Außengehäuses eine reine äußere Kühlung der Batterie. Erst mit einer großen Menge an Löschwasser, die in das Innere der Batterie eindringt, einem hohen Zeitaufwand und (entstandenen) Rissen kann eine vollständige Kühlung stattfinden. Das braucht Zeit.


Abhilfe durch Sicherheitssystem und Früherkennung

Um Katastrophen zu verhindern, gilt es ein frühzeitiges und ganzheitliches Brandschutzkonzept zu erstellen. Dabei steht das frühestmögliche Erkennen ausgasender Batterien im Fokus.
Hierfür bietet Honeywell mit dem Li-Ion Tamer® und dem VESDA Rauchansaugsystem zwei Möglichkeiten. Ersteres stellt ein Sicherheitssystem für Li-Ionen-Batterien dar, welches zum frühestmöglichen Zeitpunkt Elektrolytlösungsmitteldämpfe feststellt und eine sehr frühe Warnung – bis zu 25 Minuten vor dem Thermal Runaway - abgibt. Zweiteres, das VESDA Rauchansaugsystem, dient der frühen Rauchdetektion.
Im Falle einer Detektion von Dämpfen, Gasen oder Rauch, sind Maßnahmen wie das Freischalten und Kühlen der Batterien zu treffen, die gezielt eine Katastrophe verhindern.

Li-Ionen-Batterien lassen keine Zeit für Spielchen zu. Denn sie enthalten hochenergetische Materialien mit leicht entzündlichen Elektrolyten. Daher sind bei ihrem Einsatz Früherkennungssysteme von großer Bedeutung um kritische Situationen wie einen Thermal Runaway bestmöglich zu verhindern.

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Thomas Bruch
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thomas.bruch@effexx.com

November 2023

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