Wie werden Lithium-Ionen-Akku-Brände bekämpft?

Generell geht von Lithium-Ionen-Akkus keine erhöhte Gefahr aus – sofern serienmäßig hergestellt und sachgerecht gehandhabt. In vielen Produkten ist ein Batteriemanagementsystem integriert, das Defekte verhindern soll.  Dass es durch Akkus dennoch immer wieder zu Bränden kommt, liegt häufig am falschen Umgang.

Mechanische Beschädigungen, Über-/Tiefentladung, falsche Ladegeräte und vieles mehr können Defekte am Akku verursachen. Im Extremfall überhitzt er dadurch und gibt seine elektrochemische Energie in Form von Wärmeenergie schlagartig und unkontrolliert ab und beginnt zu brennen. Man spricht hier vom „thermischen Durchgehen“. Brennt erst einmal eine Zelle in einem Akku, werden die Nachbarzellen meist ebenfalls erhitzt; eine Kettenreaktion setzt ein. Dabei können Zellen explodieren und umhergeschleudert werden. Diese Reaktion kann innerhalb weniger Sekunden ablaufen. Dabei entstehen Temperaturen von mehreren hundert Grad Celsius.

Beim thermischen Durchgehen („thermal Runaway“) entsteht in der Zelle eine hohe Temperatur, die einen chemischen Prozess in Gang setzt. Sobald die Hitze so hoch ist, dass sich der Elektrolyt entzündet (möglich ab etwa 60 °C), setzen die in den Kathodenmaterialien enthaltenen Oxidverbindungen gebundenen Sauerstoff frei. Die defekte Zelle erhält Brennstoff (flüssiger organischer Elektrolyt) und Sauerstoff für einen Brand. Das macht das Löschen von Akku-Bränden mit Löschmittel fast unmöglich, da die für einen Brand erforderlichen Komponenten auch unter Abschluss von externem Sauerstoff bestehen bleiben. Zudem sind die Gehäuse dieser Batterien meist hermetisch versiegelt, wodurch das Löschmittel den Brandherd gar nicht erreichen kann. 

Es scheint keine Technologie zu geben, die nachweislich ein thermisches Durchgehen in einer Zelle stoppen kann, nachdem die thermische Durchbruchstemperatur erreicht wurde. Was hat es also mit den Löschmitteln auf sich, die offenbar Lithium-Ionen-Akku-Brände löschen können? Sofern das Löschmittel eine ausreichend kühlende Wirkung von außen hat, kann der Kühlvorgang vorab dazu beitragen, dass hohe Temperaturen nicht erreicht werden und somit ein thermisches Durchgehen verhindert wird.

Sollte es bereits zu einem „thermal Runaway“ in einer Zelle gekommen sein, kann das Kühlen der Batterie bestenfalls die Temperatur weiterer Zellen unter die Zündtemperatur bringen, um so einem thermischen Durchgehen dieser entgegenzuwirken. Die Entzündung innerhalb der bereits betroffenen Zelle kann in diesem Fall jedoch nicht mehr verhindert werden!

In Berichten über angeblich erfolgreiches Löschen eines Akku-Brandes mithilfe eines Feuerlöschers handelt es sich daher nicht um das Feuer, dass sich beim „thermal Runaway“ im Akku ausbreitet, sondern um den Brand des Gehäuses darum herum (beispielsweise Laptop, Mobiltelefon), der dadurch entfacht wurde. Diese Materialien lassen sich mit Wasser oder Feuerlöschern mit wässriger Lösung oder Effektiv-Salzlösung löschen; dafür sollte mindestens ein Gerät mit neun Litern Löschmittel verwendet werden.

Sollte das Feuer auf umliegendes Material übergreifen, sind diese Löschmittel ebenso zum Löschen von Bränden der Brandklasse A geeignet. Schwieriger ist es beim Brand eines größeren Akkus – wie eines E-Bikes. Eine Feuerlöscher-Nutzung kann zwar auch hier helfen, zusätzlich sollte allerdings immer die Feuerwehr gerufen werden. Das Wärmebindungsvermögen des Löschmittels und die große Löschmittelmenge können – bis zum Eintreffen der Feuerwehr – zur Kühlung des Akkus beitragen und eine Ausbreitung des Brandes auf umliegende Materialien verhindern.

In Mitleidenschaft gezogene Batterien können sich nämlich noch mit erheblicher Verzögerung erneut entzünden. Daher sollten die Geräte anschließend für mehrere Stunden in ein Wasserbad (etwa Metalleimer) getaucht und an einen sicheren Ort oder zu einem Entsorger gebracht werden. Die kühlende Wirkung des Wassers kann die Gefahr einer verzögerten Neuentzündung verringern. Bei Kleingeräten ist dieses Vorgehen meist machbar. Bei einem E-Bike- oder E-Scooter-Akku wird es schwierig, einen passenden Behälter griffbereit zu haben und mit Akku und Wasser gefüllt ins Freie zu bringen.

Sollten Mobilgeräte beim Gebrauch oder Laden stark erhitzen oder ungewöhnlich lange laden, kann das auf eine Störung im Akku hinweisen. Sie sollten in dem Fall nicht weiter benutzt oder geladen, sondern draußen an einem nicht brennbaren Platz gelagert und beobachtet werden. Notfalls muss der Akku ordnungsgemäß entsorgt und durch einen neuen ersetzt werden. Für Transport und Lagerung von Handy, E-Bike-Akku und ähnlichem gibt es Brandschutztaschen, die im Brandfall vor einer Brandausbreitung schützen sollen. In der Regel produziert der Akku vor einem Brand (gefährliche!) Dämpfe und Gase. Werden diese rechtzeitig erkannt, könnte richtiges Handeln einen Brand abwenden.

Vom erkennbaren Aufblähen der Zelle bis zum thermischen Durchgehen kann es jedoch sehr schnell gehen, sodass die Zeit unter Umständen nicht ausreicht, um den Akku zu kühlen und so einem thermischen Durchgehen entgegenzuwirken. Nutzer können aber Vorsichtsmaßnahmen treffen, die eine Brandgefahr minimieren:

Lithium-Ionen-Akkus können bei unsachgemäßer Behandlung sehr gefährlich werden. Erhitzt ein Akku stark beim Gebrauch oder Laden oder ist die Ladedauer ungewöhnlich lang, sollte er ordnungsgemäß entsorgt werden. Bei Rauchentwicklung am Gerät ist höchste Vorsicht geboten. Ein sofortiges Abkühlen durch einen geeigneten Feuerlöscher oder Versenken im Wasserbad kann einen Brand abwenden. Bei Bränden von E-Bike- oder E-Scooter-Akkus sollte zusätzlich die Feuerwehr alarmiert werden.

Alexander Dieterich, Teamleiter Konstruktion und Entwicklung bei der Minimax Mobile Services GmbH