Brandschutz für Lithium-Batterien

Wiederaufladbare Batterien sind aus dem modernen Leben nicht mehr wegzudenken. Milliardenfach versorgen sie nicht nur Mobiltelefone, Tablets und Werkzeuge, sondern zunehmend auch Pedelecs, Elektroroller und Elektroautos mit Energie.

Der weltweite Durchbruch Anfang der Neunzigerjahre gelang mit der Einführung der Lithium-Ionen-Batterie, die zahlreiche Vorteile bietet:

• hoher Wirkungsgrad von bis zu 95 %
• große Energiedichten
• keine Memoryeffekte
• Lagerfähigkeit über zehn Jahre
• einsatzfähig von -40 °C bis +70 °C
• hochstromfähig für Schnellladung

Die Nachfrage nach Lithium-Batterien wird nach Meinung vieler Experten in den nächsten Jahren drastisch ansteigen. Die Gründe dafür sind unter anderem das weltweit geplante Wachstum bei der Elektromobilität und der Einsatz für die Zwischenspeicherung regenerativer Energien aus Wind und Sonne.

Lithium ist brandgefährlich

Die wachsende Verbreitung von Lithium-Batterien rückt auch deren Brandrisiken in den Mittelpunkt. Beispiele gibt es genug, wie die explodierenden Handy-Batterien eines führenden Mobiltelefon-Herstellers oder Brände von Batterien im Dreamliner von Boeing. In der Schweiz zerstörte das Überladen eines Modellbau-Akkus sechs Häuser und verursachte einen Schaden von sechs Millionen Franken. In Hannover wurde durch die Explosion eines E-Bike-Akkus der Fahrradladen in der Innenstadt total zerstört und ein benachbartes Parkhaus komplett verraucht. Die Brandgefahren durch Lithium-Akkus sind durchaus real, wie der bvfa - Bundesverband Technischer Brandschutz anhand einer Liste von Zwischenfällen der letzten Jahre belegt Klicken oder tippen Sie hier, um Text einzugeben..

Lithium-Batterien sind Gefahrgut

Nach den UN-Transportvorschriften für gefährliche Güter werden lithiumhaltige Batterien als Gefahrgut der Klasse 9 eingestuft. Gefährlich macht die Akkus vor allem ihre hohe Energiedichte, denn im Brandfall setzen die Batterien eine sehr hohe thermische Energie frei, die das sechs- bis zehnfache der elektrisch gespeicherten Energie betragen kann. Die positive Elektrode (Kathode) von Lithium-Batterien enthält gebundenen Sauerstoff und die negative Elektrode (Anode) meist Lithiumverbindungen mit brennbarem Grafit. Die Elektrolytlösungen selbst und die verwendeten Trennfolien bestehen ebenfalls oft aus brennbaren organischen Materialien.

Dadurch besteht immer die Gefahr einer Selbstentzündung und einer extrem schnellen Brandausbreitung („Thermal Runaway“) . Durch den hohen Sauerstoffgehalt der Elektrodenmaterialien ist dazu kein Sauerstoff aus der Umgebungsluft notwendig. Da die Batterie bei einem Thermal Runaway zerbirst, können die umherfliegenden brennenden Teile umliegende Brandlasten entzünden und zu „Multifeuern“ führen.

Verschärfend kommt hinzu, dass die Ursachen für ein thermisches Durchgehen vielfältig sind:

• Thermische oder mechanische Einwirkung von außen
• Innerer Kurzschluss durch Produktionsfehler
• Versagen der Schutzschaltungen
• Äußerer Kurzschluss durch Überbrückung der Pole
• Überladung der Zellen
• Tiefentladung der Zellen
• Fehlende oder schlecht ausgeführte Schutzschaltungen

Für Mensch und Umwelt bringt neben der schnellen Brandausbreitung auch die Freisetzung gefährlicher Stoffe wie etwa giftiger Schwermetalle und ätzender Säuren Gefahren mit sich. Dabei ist zu beachten, dass die beim Versagen von Lithium-Batterien vor und während der Brandentstehung entstehenden Stoffe schwerer als Luft sein können und deshalb von Deckenmeldern nicht erkannt werden.

Brandbekämpfung an Lithium-Batterien

Bei der Brandbekämpfung an Lithium-Batterien kommt es vor allem darauf an, den Brand binnen Minuten schnell zu löschen. Gleichzeitig muss für eine ausreichende Kühlung benachbarter Zellen gesorgt werden, um bei diesen einen „Themal Runaway“ und damit eine weitere Brandausbreitung zu verhindern. Auch nach Ende des Löschvorgangs kann es z.B. durch noch vorhandenes Kathodenmaterial über einen längeren Zeitraum zu Rückzündungen kommen kann.

Organisatorische Maßnahmen

Ein optimaler Schutz vor den Auswirkungen eines Brandes von Lithium-Batterien ist nur mit einem ganzheitlichen Konzept aus baulichen, anlagentechnischen und organisatorischen Maßnahmen zu erreichen. Für den Umgang mit Lithium-Akkus werden unter anderem folgende Maßnahmen empfohlen:

• Separierung und Mengenbegrenzung des Lagerguts
• Lagerung in feuerbeständig abgetrennten Bereichen
• Verwendung von Polkappen
• Schutz vor Stürzen und Hitzeeinwirkung
• Entfernung beschädigter Batterien aus dem Lagerbereich
• In der Produktion nur Tagesbedarf vorhalten
• Feuerlöscher im Nahbereich

Automatische Brandbekämpfung

Allgemeingültige Schutzkonzepte für den Brandschutz insbesondere bei der Lagerung von Lithium-Batterien liegen noch nicht vor. Forschungsberichte der Brandschutzforschung der Bundesländer   und des Gesamtverbandes der Deutschen Versicherungswirtschaft (GDV) legen allerdings nahe, dass Wasser gegebenenfalls mit Löschzusätzen als Löschmittel immer noch am besten geeignet ist, die Folgen eines Batteriebrandes zu beherrschen. Vor allem die große Kühlwirkung, die bei anderen Löschmitteln wie Löschpulver oder Gas nicht gegeben ist, verzögert sowohl ein thermisches Durchgehen als auch eine Brandausbreitung auf benachbarte Bereiche. Gleichzeitig werden freiwerdende gefährliche Stoffe gebunden und zu weniger gefährlichen wässrigen Lösungen verdünnt. Diskutiert wird auch. Aus diesem Gründen sind insbesondere bei der Lagerung größerer Mengen Lithium-Batterien höherer Leistung automatische Wasserlöschanlagen sinnvoll. Ab einer bestimmten Regalhöhe ist ein Regalschutz einzuplanen. Obwohl Lithium-Akkus im unbeschädigten Zustand keiner Wassergefährdungsklasse zugeordnet werden, macht der bei einem Brand entstehende Fluorwasserstoff (Wassergefährdungsklasse 2) unter Umständen eine Löschwasserrückhaltung erforderlich. Weitere Hinweise gibt beispielsweise das GDV-Merkblatt VdS 3103„Lithium-Batterien“ . Lithium-Batterien haben einen wahren Siegeszug um die ganze Welt angetreten.

Bildrechte: adobe.com - paninastock