Lithium-Ionen-Akkus sind heute die wichtigste Energiequelle für kabellose Geräte, Werkstattwerkzeuge und Elektrofahrzeuge. Ihre hohe Energiedichte bedeutet jedoch ein erhöhtes Risiko eines heftigen Brandes mit einem spezifischen chemischen Verlauf. Herkömmliche Löschmittel stoppen den Thermal Runaway der Zellen nicht immer, da die Reaktionen im Inneren der Batterie auch nach dem Ersticken der Flammen weiterlaufen können. Die folgende Übersicht erklärt, wie ein Thermal Runaway abläuft, und stellt technische Möglichkeiten vor, das Feuer mit Kühlung und mineralischen Barrieren unter Kontrolle zu bringen. Lernen Sie bewährte Verhaltensregeln kennen, mit denen Sie Ihren Arbeitsplatz vor den gefährlichen Folgen einer chemischen Entzündung schützen.
Die größten Probleme bei der Entzündung eines Akkus verursacht das schlagartige thermische Durchgehen, der sogenannte Thermal Runaway. Es wird durch einen internen Kurzschluss, einen Herstellungsfehler, eine mechanische Beschädigung oder das Überladen des Batteriepacks mit zu hoher Spannung ausgelöst. Während dieser Reaktion kann die Temperatur im Kern der Zelle in Extremfällen sehr hohe Werte erreichen, örtlich sogar über 1000°C. Die überhitzte Batterie setzt brennbare Gase und giftige chemische Verbindungen frei, darunter Fluorwasserstoff, Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Kohlenwasserstoffe. Eine austretende Gaswolke in einem geschlossenen Raum stellt eine unmittelbare Explosionsgefahr dar, und die freigesetzte Energie kann auf benachbarte Zellen im Modul übergreifen. Auch nach dem Ersticken der offenen Flamme müssen Sie mit einer erneuten Entzündung rechnen, die noch nach mehreren Stunden oder sogar bis zu einem Tag auftreten kann.
Ein gewöhnlicher Pulverlöscher kann die sichtbare Flamme außerhalb des Gehäuses unterdrücken, ohne die Reaktion tief im Inneren des Batteriepacks zu beeinflussen. Auch ein Kohlendioxidstrahl bringt kein dauerhaftes Ergebnis, da das Gas schnell entweicht und die angesammelte Wärme nicht aus dem Inneren der Zelle abführt. Bei professionellen Rettungseinsätzen setzt die Feuerwehr Wasser situationsgerecht ein und nutzt es als Mittel zur intensiven Kühlung der Konstruktion.
Bei großen Batteriepacks kann dies erhebliche Wassermengen erfordern und wirft das Problem der sicheren Entsorgung des kontaminierten Löschwassers auf. Das Löschen der Flamme allein stoppt den sich selbst erhaltenden chemischen Abbau nicht. Deshalb werden neben der Kühlung Lösungen eingesetzt, die die Wärmeübertragung auf die Umgebung begrenzen.
Für vorbeugende und schützende Maßnahmen wird expandiertes Vermiculit eingesetzt, ein natürliches Alumosilikat-Mineral mit Schichtstruktur. Der Rohstoff entsteht durch schnelles Erhitzen des Erzes in Industrieöfen, wodurch das in seiner Kristallstruktur eingeschlossene Wasser schlagartig verdampft. Die Mineralkörner blähen sich dabei auf das Zehn- bis Zwanzigfache auf und verwandeln sich in leichte, vollständig nicht brennbare Plättchen mit ziehharmonikaartiger Struktur. Das Material bleibt unter extremen Bedingungen stabil und hält Temperaturen von -200 bis über 1100°C stand. Eine Materialschicht umhüllt das erhitzte Element, begrenzt die Wärmeübertragung und kann aus undichten Zellen austretenden Elektrolyten aufnehmen.
Auf dem Markt für technische Schutzlösungen finden Sie zwei unterschiedliche Formen dieses Minerals, die jeweils eine andere Funktion erfüllen. Trockenes Vermiculit in Form von losem Granulat dient zum passiven Füllen der Zwischenräume zwischen den Zellen sowie zum Auskleiden von Lagerboxen. Es begrenzt die Wärmeübertragung auf benachbarte Komponenten und dämpft mechanische Stöße beim Transport der Batterien.
Die wässrige Vermiculit-Dispersion, abgekürzt AVD, ist hingegen ein flüssiges Löschmittel, das mikroskopisch kleine Mineralpartikel enthält, die je nach Produkt in unterschiedlichen Anteilen in Wasser suspendiert sind. Das enthaltene Wasser kühlt zugängliche Oberflächen, und die sich ablagernde Mineralschicht kann die Sauerstoffzufuhr zu brennenden Materialien begrenzen. Das garantiert jedoch nicht, dass der Thermal Runaway im Inneren der Zelle gestoppt wird. Behandeln Sie die beiden Lösungen nicht als austauschbar: Das Granulat ist eine passive thermische Barriere, die Dispersion dagegen ein Mittel zur Bekämpfung bestimmter Brände gemäß den Herstellerangaben.
Eine richtige Organisation der Werkstatt oder des Lagers hilft, die Folgen einer möglichen Entzündung von Batteriepacks zu begrenzen. Grundaufgabe des technischen Personals ist es, einen räumlichen Abstand zwischen den gelagerten Hochvoltmodulen einzuhalten. Batterien sollten in geeigneten Behältern untergebracht werden, die auf ihren Zustand und die damit verbundenen Gefahren abgestimmt sind. In begründeten Fällen kann der freie Raum zwischen den Behälterwänden und den Akkus mit einem Mineral gefüllt werden, das die Wärmeübertragung begrenzt. Wenn Sie bemerken, dass eine Batterie mechanisch gequetscht oder aufgebläht ist, nehmen Sie sie sofort außer Betrieb und bringen Sie sie in eine dafür vorgesehene Quarantänebox.
Die Einführung dieser Richtlinien in den täglichen Lagerbetrieb verringert das Risiko, dass sich ein örtlicher Defekt zu einem unkontrollierten Brand des gesamten Gebäudes entwickelt. Prüfen Sie regelmäßig die Hochstromsteckverbinder, die beim Laden einen Lichtbogen erzeugen und das Gehäuse entzünden können. Das technische Personal sollte praktische Schulungen zum Erkennen von Störungssymptomen und zur Umsetzung von Verfahren für den Umgang mit beschädigten Modulen absolvieren. In Ladebereichen empfiehlt es sich, Gasdetektoren und automatische Systeme zur Früherkennung von Temperaturanstiegen zu installieren. Achten Sie außerdem auf eine stabile Umgebungstemperatur im Lager und vermeiden Sie direkte Sonneneinstrahlung sowie übermäßige Feuchtigkeit.
Mineralische Materialien wie expandiertes Vermiculit werden häufig in Betrieben für E-Schrott-Recycling eingesetzt, in denen Tausende gebrauchter Zellen demontiert werden. Diese Lösungen finden Sie auch in autorisierten Werkstätten für Elektrofahrzeuge, in denen Traktionsbatterien nach Verkehrsunfällen eine sichere Quarantäne und eine stabile Isolierung benötigen.
In Großspeichern, die in BESS-Technologie errichtet werden, können entsprechend ausgelegte mineralische Barrieren die Wärmeübertragung zwischen Anlagenkomponenten begrenzen. Das Material kann als Füllung geeigneter Verpackungen für den Batterietransport verwendet werden, sofern diese die einschlägigen ADR-Anforderungen erfüllen. Mineralische Schüttungen nutzen auch kommunale Wertstoffhöfe, auf denen Bürger gebrauchte Elektrowerkzeuge und Lithiumbatterien abgeben, die anschließend dem Recycling von Lithium-Ionen-Batterien zugeführt werden.
Anzeichen einer Störung können das charakteristische Pfeifen entweichender Gase, ein sich aufblähendes Gehäuse und ein ungewöhnlicher Geruch sein; nähern Sie sich der Batterie jedoch nicht, um die Ursache festzustellen. Sobald weiße oder graue Rauchwolken auftreten, trennen Sie sofort die Stromversorgung, sofern Sie dies tun können, ohne sich dem Batteriepack zu nähern. Versuchen Sie nicht, eine solche Zelle mit einem gewöhnlichen Haushaltsfeuerlöscher zu löschen, da der Pulverstrahl ein geschlossenes Modul nicht durchdringt. Bringen Sie alle Personen aus dem Raum, schließen Sie die Brandschutztüren hinter sich und rufen Sie unverzüglich die Feuerwehr. Nachdem die Einsatzkräfte die sichtbare Flamme gelöscht haben, muss der Akku wegen der Gefahr einer erneuten Entzündung sicher isoliert und überwacht werden. Die Beobachtungsdauer wird anhand einer Gefährdungsbeurteilung festgelegt.
Für anspruchsvolle Industrieanlagen bietet Wastes Service Group die Lösung Battery VermiBlock auf Vermiculit-Basis an. Das Material kann als Dämmbarriere dienen, die die Wärmeübertragung zwischen Batteriekomponenten begrenzt. Dank seiner Fähigkeit, Flüssigkeiten aufzunehmen, kann es ausgelaufenen Elektrolyten binden, ersetzt jedoch weder dessen Neutralisation noch geeignete Sicherheitsverfahren. Detaillierte technische Parameter und Verpackungsvarianten finden Sie auf der Seite Battery VermiBlock - Wärmedämmung für Batterien in unserem Katalog der Schutzlösungen. Wenn Sie einen Energiespeicher, eine Demontagestation für Fahrzeuge oder eine Transportflotte absichern möchten, wenden Sie sich über das Kontaktformular an unsere Berater, um eine Materialkalkulation zu erhalten.
