Lithiumbatterien – Gefahren und Risiken

Wenn man allgemein von Lithiumbatterien spricht, denkt man sofort an wieder aufladbare Batterien mit großer Leistung und langer Lebensdauer. Sie sind zudem auch noch relativ leicht  und können somit ideal für mobile Anwendungen genutzt werden.

Lithiumbatterien sind Energiespeichersysteme, in denen Lithium als Aktivmaterial für die Batterieelektrode verwendet wird. Man unterscheidet bei den Lithiumbatterien zwischen aufladbaren und nicht aufladbaren Batteriearten. Die nicht aufladbaren werden als Lithium-Metall und die aufladbaren als Lithium-Ionen Batterien bezeichnet.

Diese relativ junge Technologie verbreitet sich über unseren Globus in einer unglaublichen Geschwindigkeit, dies insbesondere auch seit dem Einzug dieser Technik in die E-Mobilität. Die Energiespeicher der Elektroautos der Zukunft basieren auf dieser Technologie und Ingenieure suchen weltweit nach Möglichkeiten der kontinuierlichen Leistungssteigerung.

Betriebliche Sorgfaltspflichten im Umgang mit Lithiumbatterien

Erst durch spektakuläre Schadenfälle einhergehend mit einem Flugzeugabsturz in 2010, mehreren Flugzugbränden sowie industriellen Bränden, ausgelöst durch Lithiumbatterien, erfolgte eine Sensibilisierung für dieses Thema.

Die Lithiumbatterien sind kleine „Kraftwerke“, die chemisch gespeicherte Energie beim Entladevorgang in elektrische Energie umwandeln. Sie können im Normalbetrieb diesem Lade- und Entladevorgang unbeschadet mehrere hundertmal unterzogen werden, dafür sind sie ausgelegt und gebaut.

Nichtsdestotrotz passiert es immer wieder, dass Lithiumbatterien als Brandursachen identifiziert werden. In der Regel beginnt das mit einem Schwelbrand, der, wenn er im frühen Stadium entdeckt wird, noch mit herkömmlichen Löschmitteln bekämpft werden kann.

Wird der Schwelbrand nicht sofort erkannt, erhitzen sich die Batterien durch die weitere Wärmeeinwirkung so stark, dass es zu einer unkontrollierten Explosion der Batterie kommen kann. Dabei muss man wissen, dass die sich entladende thermische Energie das vielfache der gespeicherten elektrischen Energie ausmachen kann. Der Fachmann bezeichnet diesen Vorgang mit „Thermal Runaway“, eine Systemüberhitzung, die zu einem Versagen des Batteriegehäuses führt und als explosionsartige Entladung wahrgenommen wird.

Risiken und Gefahren

Solange die Lithiumbatterie den normalen Betriebsbedingungen ausgesetzt, die Batterie nicht durch Produktionsfehler, mechanische und/oder thermische Einwirkung beschädigt wird, ist das Schadenrisiko gering. Die Lithiumbatterie ist für einen sehr breiten Temperaturrahmen ausgelegt, der von -20° – +60° reicht. Die idealen Betriebsbedingungen mit dem größten Leistungsspektrum erstrecken sich von 20° – 40°. Darüber bzw. darunter verliert das System an Leistung. Deshalb sollte man die Batterie nicht Frost oder sehr großer Hitze aussetzen.

Ursachen für Batteriebrände

Die häufigsten Ursachen sind fehlerhafte Handhabung, mechanische Beschädigung, übermäßig hohe thermische Belastung z.B. auch durch Sonneneinstrahlung, ein Kurzschluss durch äußere oder auch innere Einwirkung oder Überladung bzw. Überentladung der Zelle / Batterie.

In allen Fällen kommt es in der Regel zu Störungen im Inneren der Zelle, zu Beschädigungen des Batteriegehäuses mit der Folge von Austritt ätzender, giftiger und krebserregender Substanzen in fester oder gasförmiger Form. Da Lithium einen relativ niedrigen Schmelzpunkt von nur ca.180° hat, ist die Brandgefahr durch explosionsartige Entladung in Verbindung mit dem Elektrolyt besonders groß.

Allgemeine Schutzmaßnahmen

Als Arbeitgeber ist man nach dem Arbeitsschutzgesetz und der Betriebssicherheits-verordnung zu Schutz- und Sicherheitsmaßnahmen verpflichtet. Dieses gilt sowohl für bauliche, organisatorische und anlagentechnische Maßnahmen. Die hohe Brandgefahr erfordert u.U. besondere bauliche Räume, die aus nicht brennbaren Materialen als Brandabschnitt konstruiert werden und verhindern helfen, dass Brände auf andere Gebäudeteile überspringen können.

Lithiumbatterien sind generell von anderen Materialien getrennt zu lagern und mit besonderen Sensoren (Brandmelden) zu versehen, die bereits den Schwelbrand melden und so größere Brandschäden verhindern helfen. Die Feuerwehr empfiehlt die direkte Verknüpfung der Rauchmeldeanlage mit 24 Std. besetzen Einsatzleitstellen.

Für die Mitarbeiter ist „richtiges Verhalten“ bei Lithiumbränden besonders wichtig. Die Lithiumbatterien sind Gefahrgut, die Mitarbeiter lernen durch fachliche Unterweisung den richtigen Umgang mit dem Material für den externen Transport. Analog gilt dieses Wissen natürlich auch für die internen Transporte.

Es beginnt mit der Auswahl und Kennzeichnung der Lagerorte und umfasst die Regelung der Fluchtwege. Brennbare Gegenstände gehören deshalb nicht in die Nähe dieser Läger. Über ausreichende Be- und Entlüftung sollte ebenfalls im Planungskonzept etwas ausgeführt sein. Des Weiteren müssen jegliche Risiken der mechanischen Beschädigung vermieden werden.

Für gebrauchte oder defekte Lithiumbatterien müssen besondere Behältnisse (nicht brennbar) organisiert werden, in denen diese Teile abseits von brennbaren Gegenständen gelagert werden. Das gleiche gilt für Entsorgungsmaterial. Dabei ist besonders darauf zu achten, dass die Pole der Batterien mit Isolierband abgeklebt werden, um einen Kurzschluss und einen möglichen Brand ausschließen zu können.

Eine ausreichende Versorgung mit Handfeuerlöschern ist ebenfalls zu empfehlen.