Nach dem Brand in Hannover Falscher Umgang und Fertigungsfehler machen Lithium-Akkus brandgefährlich

Redakteur: Franz Graser

Lithium-Ionen-Akkus sind aus dem Alltag der Bundesbürger nicht mehr wegzudenken. Doch der Brand in einem E-Bike-Geschäft in Hannover wirft Fragen nach der Sicherheit der Akkutechnik auf.

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Mit dieser Versuchsanordnung wurde 2014 an der TU München erstmals zerstörungsfrei an einem Li-Ion-Akku der Prozess des Lithium Plating beobachtet. Dabei lagert sich kristallines Lithium an der Anode der Batterie ab, was zu Kurzschlüssen führen kann. Als Alkalimetall ist Lithium darüber hinaus brennbar und feuergefährlich.
Mit dieser Versuchsanordnung wurde 2014 an der TU München erstmals zerstörungsfrei an einem Li-Ion-Akku der Prozess des Lithium Plating beobachtet. Dabei lagert sich kristallines Lithium an der Anode der Batterie ab, was zu Kurzschlüssen führen kann. Als Alkalimetall ist Lithium darüber hinaus brennbar und feuergefährlich.
(Bild: V. Zinth/TU München)

Die Polizei in Hannover nennt einen explodierten Akku als Ursache des Brandes in der Innenstadt von Hannover, der am Dienstagmorgen in einem Fahrradladen ausgebrochen war. Das Feuer hatte ein Parkhaus in Mitleidenschaft gezogen und einen Sachschaden in Höhe von einer halben Million Euro verursacht.

Zwar waren in den letzten Wochen und Monaten die wiederaufladbaren Batterien von Smartphones, insbesondere des Modells Samsung Galaxy Note 7, im Vordergrund der Berichterstattung gestanden. Doch auch Brände von Pedelec-Akkus haben bereits folgenschwere Konsequenzen nach sich gezogen: Wie die Hannoversche Allgemeine berichtet, war im vergangenen Jahr im niedersächsischen Bad Bevensen der Akku eines E-Bikes bei einer Fahrradtour in Flammen aufgegangen.

Im baden-württembergischen Weil am Rhein hatte im vergangenen Frühjahr ein defekter Akku ein Mehrfamilienhaus in Brand gesetzt, und 2013 hatte, ebenfalls im niedersächsischen Bad Bevensen, ein Akkubrand das Leben eines Hotelgastes gefordert. Damals war die überhitzte Batterie eines E-Bikes explodiert, weil der Überladungsschutz versagt hatte.

Die Lithium-Ionen-Akkus von E-Bikes sind kraftvolle Energiespeicher, und der Umgang mit den Batterien erfordert Umsicht. Eine Studie der amerikanischen Fire Protection Research Foundation nennt fünf generelle Ursachen, die zur Brandgefahr von Lithium-Ionen-Akkus beitragen. Das sind unsachgemäßer Umgang in thermischer. mechanischer und elektrischer Sicht, schlechtes elektrochemisches Design der Batteriezellen sowie Fehler bei der Fertigung.

Der erste Punkt - unsachgemäßer Umgang in Bezug auf die Umgebungstemperatur – betrifft in erster Linie die Lagerung. So kann Überhitzung der Akkus ein Problem darstellen, etwa wenn die Batterien im Sommer ohne Klimatisierung gelagert werden.

Überaus empfindlich sind Lithiom-Ionen-Akkus aber auch gegenüber sehr niedrigen Temperaturen, sagt Heidi Atzler, Pressesprecherin des TÜV Süd. E-Bike-Akkus sollten deshalb abnehmbar sein und bei Raumtemperatur gelagert werden. So rät die TÜV-Sprecherin beispielsweise von der Lagerung in einer nicht frostsicheren Garage ab und auch vom Laden der Akkus bei tiefen Temperaturen. Dies könne zur Kristallisierung und Ablagerung von Lithium in der Batterie, dem sogenannten Lithium Plating, führen.

Lithium-Ablagerungen können zu Brandrisiken führen

Bei diesem Effekt bildet sich metallisches Lithium, das sich an der Anode der Batterie anlagert. Dieses metallische Lithium steht einerseits für die elektrochemischen Prozesse nicht mehr zur Verfügung. Das bedeutet, dass die Kapazität des Akkus reduziert wird. In extremen Fällen kann dieses Lithium Plating aber auch zu Kurzschlüssen und damit zu Bränden führen, weil metallisches Lithium als Alkalimetall schnell entflammbar ist.

Der Prozess des Lithium Plating ist seit längerer Zeit bekannt, konnte aber erstmals im Jahr 2014 von Wissenschaftlern der TU München mithilfe von Neutronenstrahlen beobachtet werden.

Auch mechanische Beanspruchung schadet den Pedelec-Akkus. TÜV-Sprecherin Atzler nennt erste Untersuchungen, die darauf hinweisen, dass Rüttel- oder Schockbelastungen, denen ein E-Bike ausgesetzt ist, während man über Stock und Stein fährt, die Sicherheitsmechanismen in den Batterien irreversibel zerstören können. „Wenn dann noch irgendein Defekt hinzukommen sollte, könnte das tatsächlich zu einem Brand führen, da die eingebauten Sicherheitsvorkehrungen versagen können“, so Atzler.

Unachtsamer Umgang in elektrischer Hinsicht schließt unter anderem das Laden mit nicht dafür vorgesehenen Kabeln und Geräten ein. Darüber hinaus kann das Überladen von Akkus zu signifikanten Beschädigungen an der Anode und der Kathode der Zelle führen, so der Bericht der Fire Protection Research Foundation. Daraus können Kurzschlüsse und Brände resultieren. Zwar verfügen viele Akkus mittlerweile über einen Überladungsschutz. Fertigungsfehler, mechanische Beeinträchtigungen oder das Laden mit nicht zugelassenen Geräten können jedoch dazu führen, diesen Schutz zu eliminieren.

Das Über-Entladen von Lithium-Ionen-Akkus kann ebenfalls zu Schäden an den Elektroden führen. Wird die Batterie dann wieder geladen, dann kann es ebenfalls zur Ablagerung von kristallinem Lithium kommen. TÜV-Sprecherin Atzler rät daher generell von der Tiefentladung der Batterien sowie vom Entladen bei tiefen Temperaturen ab.

Mangelhaftes Zellendesign und Fertigungsfehler sind für Verbraucher in der Regel nicht zu entdecken. Nach den Erfahrungen der Fire Protection Research Foundation ist die Mehrzahl der Akkubrände allerdings auf Fertigungsfehler zurückzuführen. TÜV-Sprecherin Atzler weist deshalb darauf hin, nur Akkus zu verwenden, die nach bestimmten Normen und Standards geprüft wurden.

Als generelle Prüfnorm nennt Atzler hier die UN 38.3 die sich mit dem Transport von Batteriezellen befasst. Sie umfasst, Höhensimulationen, eine thermische Prüfung, Tests auf Schwingung, Schlag, äußere Kurzschlüsse, Aufprall oder Quetschungen, Überladung sowie erzwungene Entladung.

Umfangreicher ist der Standard IEC 62133, der die Sicherheitsanforderungen für Akkumulatoren umfasst. Nach Aussage von TÜV-Sprecherin Atzler beinhaltet dieser Standard auch die Prüfung des technischen Designs der Batteriezellen.

Ein bereits gültiger Normentwurf ist die prEN 15194 für elektrisch unterstützte Fahrräder. Sie umfasst auch Testvorschriften für die im Fahrrad verbauten Batterien, sofern „diese nicht schon nachweisbar andere Standards erfüllt haben“, so die TÜV-Sprecherin. Verbraucher sollten beim Kauf eines Pedelecs in jedem Falle darauf achten, schließt Sprecherin Atzler, dass der Akku des Elektrofahrrads abgenommen werden kann und dass das Fahrzeug eine CE-Kennzeichnung trägt.

Darüber hinaus rät sie, die Akkus prüfen zu lassen, wenn ein merklicher Kapazitätsverlust der Batterie eintritt. Denn falls sich kristallines Lithium im Akku abgelagert haben sollte, ist das erste Anzeichen dafür immer eine reduzierte Leistungsfähigkeit der Batterie.

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