Verhalten bei Bränden mit Lithium-Ionen-Akkus

Brände mit Lithium-Ionen-Akkus kommen immer mal wieder vor. Sinnvolle Maßnahmen zur Vorbeugung und richtiges Verhalten beim Löschen können die Risiken jedoch erheblich verringern.
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Grundsätzlich geht von diesen Energiespeichern keine erhöhte Gefahr aus – vorausgesetzt, es handelt sich um serienmäßig hergestellte Batterien bei sachgerechter Handhabung. In vielen handelsüblichen Produkten ist im Gerät selbst (z. B. im Mobiltelefon oder Notebook), im Ladegerät oder im Akku-Pack ein Batteriemanagementsystem integriert, das Überladung und Tiefentladung und dadurch auch Defekte verhindern soll. Dass es durch Akkus dennoch immer wieder zu Bränden kommt, liegt häufig am falschen Umgang mit der Technik.

Wie kann ein Lithium-Ionen-Akku Feuer fangen?

Lithium-Ionen-Akkus sind empfindlich gegenüber verschiedenen Belastungen: Mechanische Beschädigungen, Überhitzung, Überladung, Tiefentladung, falsche Ladegeräte und vieles mehr können Defekte am Akku verursachen. Im Extremfall überhitzt der Akku 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 oder Akku-Pack, werden die Nachbarzellen meist ebenfalls erhitzt; eine Kettenreaktion wird in Gang gesetzt. Zu welch heftiger Flammenbildung es dabei kommen
kann – wobei Zellen explodieren und durch die Luft geschleudert werden können – veranschaulichen zahlreiche Bilder und Videos in den unterschiedlichsten Medien. Der mit 9 l „Effektiv-Salzlösung“ befüllte Feuerlöscher von Minimax Mobile Services enthält die empfohlene Mindest-Löschmittelmenge für Akku-Brände von Handys, Laptops oder E-Bikes.
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Diese Reaktion kann innerhalb weniger Sekunden ablaufen. Abhängig von der Größe des Akku- bzw. Akku-Packs kann es jedoch auch wesentlich länger dauern, bis die Zellen durchreagiert sind. Dabei entwickeln sie Temperaturen von mehreren hundert °C.

Besonders heimtückisch ist, dass ein Akku-Brand nicht unmittelbar nach einer Beschädigung oder Beeinträchtigung der Batterie entstehen muss. Die chemischen Prozesse in einer defekten Lithium-Ionen-Zelle können auch mit erheblicher Verzögerung ablaufen, und zwar von einigen Stunden bis zu mehreren Tagen.

Lässt sich ein Akku-Brand überhaupt löschen?

Ein Wasserbehälter – besser noch aus Metall und am besten natürlich draußen im
Freien – ist der geeignete Ort, um heiß gewordene Geräte bis zur endgültigen
Entsorgung zwischenzulagern.
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Hierzu erklärt Alexander Dieterich, Teamleiter Konstruktion und Entwicklung bei der Minimax Mobile Services GmbH: „Beim thermischen Durchgehen, auch ‚thermal runaway‘ genannt, entsteht in der Zelle eine hohe Temperatur, die einen chemischen Prozess in Gang setzt. Abhängig von der Akku-Zelle selbst und von den Umständen, die den Temperaturanstieg ausgelöst haben, kann es bereits ab ca. 60 °C zu einem ‚thermal runaway‘ kommen. Sobald die Hitze so hoch ist, dass sich der Elektrolyt entzündet, setzen die in den Kathodenmaterialien enthaltenen Oxidverbindungen gebundenen Sauerstoff frei. Die defekte Zelle enthält also Brennstoff (flüssiger organischer Elektrolyt) und Sauerstoff für einen Brand. Das macht das Löschen von Akku-Bränden mit Löschmitteln fast unmöglich, da die für einen Brand erforderlichen Komponenten auch unter Abschluss von externem Sauerstoff bestehen bleiben. Zudem sind die Gehäuse dieser Batterien häufig 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. Dennoch kann ein Löschmittel mit einer ausreichenden Kühlwirkung von außen vorab dazu beitragen, dass diese Temperatur nicht erreicht 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 unter die Zündtemperatur bringen, um so einem thermischen Durchgehen weiterer Zellen entgegenzuwirken. Verhindert werden kann die Entzündung bzw. Explosion innerhalb der bereits betroffenen Zelle in diesem Fall jedoch nicht mehr!

In Videos und Dokumentationen, die vom erfolgreichen Löschen eines Akku-Brandes mithilfe eines Feuerlöschers berichten, handelt es sich erfahrungsgemäß nicht um das Feuer, dass sich beim „thermal runaway“ im Akku ausbreitet, sondern um den Brand des Gehäuses drum herum, also z. B. des Laptops oder Mobiltelefons, der dadurch unmittelbar danach entfacht wurde. „Diese Materialien lassen sich durchaus mit geeigneten, handelsüblichen Löschmitteln löschen“, so Dieterich, „vornehmlich mit Wasser oder Feuerlöschern mit wässriger Lösung bzw. Effektiv-Salzlösung. Das sollte dann jedoch – sofern ohne Eigengefährdung möglich – unmittelbar geschehen, um eine Brandausbreitung auf umliegendes, brennbares Material zu verhindern. Sollte das Feuer bereits um sich gegriffen haben, sind diese Löschmittel zum Löschen von Entstehungsbränden der Brandklasse A ebenso geeignet“, ergänzt er.

Brände mit größeren Geräten

Weitaus schwieriger wird es bei beim Brand eines größeren Akkus – wie z. B. eines E-Bikes. Ist dies noch über das Ladegerät mit der Steckdose verbunden, sollte unbedingt die Stromzufuhr unterbrochen werden – sofern gefahrlos möglich; notfalls durch Ausschalten der Sicherung aus entsprechender Entfernung. Für Akkus dieser Größe empfiehlt es sich, mindestens einen 9-l-Feuerlöscher mit Effektiv-Salzlösung bereitzuhalten, der auch eine möglichst lange Funktionsdauer hat. 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. Aber Vorsicht:  Beim Durchgehen eines Akkus dieser Größe ist die Gefahr der Verletzung durch Explosion und giftige Gas- und Rauchentwicklung extrem hoch. Daher sollte hier unbedingt zusätzlich die Feuerwehr alarmiert werden. Akkubrände von E-Autos sind immer ein Fall für die Feuerwehr. Hier heißt es, sich in Sicherheit zu bringen und die Feuerwehr per Notruf zu benachrichtigen.
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Ist nach dem Löschen alles gut?

„Nein“, warnt Dieterich. „Auch nach einem Löschvorgang ist die Gefahr nicht unbedingt gebannt. In Mitleidenschaft gezogene Batterien können sich noch mit erheblicher Verzögerung erneut entzünden. Daher sollten die Geräte anschließend unbedingt für mehrere Stunden in ein ausreichend großes Wasserbad (z. B. Wassereimer aus Metall) getaucht und an einen sicheren Ort oder zu einem Entsorger gebracht werden“, ergänzt er. Wasser hat eine kühlende Wirkung und kann dadurch die Gefahr einer verzögerten Neuentzündung verringern.

Bei Kleingeräten ist dieses Vorgehen für einen Laien meist machbar. Bei einem E-Bike- oder E-Scooter-Akku wird es schon schwieriger, dafür stets einen ausreichend großen Behälter griffbereit zu haben und mit Akku und Wasser gefüllt an einen sicheren Ort zu bringen. Beim Akku-Brand eines E-Autos hingegen kann nur noch die Feuerwehr aktiv werden. Nachdem sie den sichtbaren Brand am Auto gelöscht hat, kann sie z. B. das gesamte Fahrzeug mit einem Kran in einen großen, mobilen, mit Wasser gefüllten Löschwassertank oder ‑container heben.

Lässt sich ein Akku-Brand voraussehen und abwenden?

Sollten Mobiltelefon, Tablet, Laptop oder andere kleinere Geräte mit Lithium-Ionen-Akkus beim Gebrauch oder im Ladezustand stark erhitzen oder ungewöhnlich lange zum Laden brauchen, könnte das auf eine Störung im Gerät bzw. im Akku hinweisen. Sie sollten in dem Fall nicht weiter benutzt oder geladen werden, sondern draußen an einem nicht brennbaren Platz gelagert und beobachtet werden. Notfalls muss der Akku über den Recyclinghof oder ausgewählte Elektrogeschäfte entsorgt und gegen einen neuen ausgetauscht werden.

Für den Transportschutz oder auch vorbeugend bei der Lagerung können die im Handel angebotenen Brandschutztaschen für Handy, Powerbank, E-Bike-Akku und Co. hilfreich sein. Sie sollen im Brandfall vor einer Brandausbreitung schützen. 

In der Regel produziert der Akku vor einem Brand (giftige und ätzende!) Dämpfe und Gase. Werden diese rechtzeitig erkannt, besteht gegebenenfalls die Möglichkeit, durch schnelles und richtiges Handeln einen Akku-Brand abzuwenden. Jedoch kann die Zeit vom erkennbaren Aufblähen der Zelle bis zum thermischen Durchgehen schlimmstenfalls weniger als 60 sek betragen. Wie viel Zeit bleibt einem also, um den Akku zu kühlen und so einem thermischen Durchgehen weiterer Zellen entgegenzuwirken – ohne sich selbst in Gefahr zu bringen? Die Frage lässt sich nicht allgemein beantworten. Feuerlöscher gehören zu einer sinnvollen Prophylaxe gegen Brände mit Lithium-Ionen-Akkus. Ebenso wichtig ist aber das Wissen zur Minimierung von Risiken, wie sie unser Beitrag benennt.
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In jedem Falle sind Nutzer gut beraten, Vorsichtsmaßnahmen zu treffen, die eine Brandgefahr minimieren. Dazu gehört unter anderem, Lithium-Ionen-Batterien

nicht auf brennbarem Untergrund und möglichst nicht unbeobachtet (nachts!) laden,

vorbeugend in Brandschutztaschen bzw. -behältern lagern,

beim Laden nicht abdecken (Luftzirkulation ermöglichen),

ausschließlich an Ladegeräte anschließen, die vom Hersteller für den jeweiligen Akku bzw. das Gerät vorgesehen sind,

nicht an billigen Steckdosenleisten aufladen (auf CE- oder GS-Zeichen achten!),

nach dem Aufladen vom Netz nehmen,

trocken und kühl aufbewahren,

nicht in der Nähe von brennbarem Material lagern,

weder hohen Temperaturen (Sonneneinwirkung!) noch Frost (unbeheizte Garage!) aussetzen,

vor Stößen und Beschädigungen (Herunterfallen!) schützen,

keinesfalls öffnen, zerlegen oder modifizieren.

Zusätzlich sollten Feuerlöscher mit wässriger Lösung bzw. Effektiv-Salzlösung sowie bestenfalls ein Metallgefäß für ein gegebenenfalls notwendiges Wasserbad in der Nähe verfügbar sein.

Fazit

Explodierende Lithium-Ionen-Akkus sind zwar spektakulär, aber nicht alltäglich. Brandgefährlich werden sie durch unsachgemäße Behandlung und Beschädigung.

Erhitzt ein Akku stark beim Gebrauch oder beim Laden oder ist die Ladedauer ungewöhnlich lang, sollte er ordnungsgemäß entsorgt und gegen einen neuen ausgetauscht werden. Kommt es bereits zur Rauchentwicklung am Gerät, ist höchste Vorsicht geboten. Ein sofortiges Abkühlen durch einen geeigneten Feuerlöscher bzw. die Versenkung im Wasserbad kann die Temperatur im Akku drosseln und einen Brand abwenden. Es muss jedoch im Einzelfall spontan entschieden werden, ob dieses Vorgehen noch ohne Eigengefährdung möglich ist.

Besitzer von E-Bikes oder E-Scootern sollten im Brandfall zusätzlich die Feuerwehr alarmieren. Akku-Brände von E-Autos (oder gar größeren Akkubetriebenen Anlagen) sind jedoch ausschließlich ein Fall für die Feuerwehr. Hier können sich Personen in der Umgebung nur noch selbst in Sicherheit bringen. Lithium-Ionen-Akku-Bränden kann man vorbeugen durch kompatible Ladegeräte,
angemessene Temperaturen (< 60 °C, frostfrei), Lagerung fern von brennbaren Materialien und Vermeidung von Stößen und Beschädigungen. Brandschutztaschen bzw. -behälter können die Sicherheit zusätzlich erhöhen.