Ein Lithium-Ionen-Akku ist ein wiederaufladbarer Speicher für elektrische Energie. Er basiert auf der Bewegung von Lithium-Ionen zwischen zwei Elektroden. Im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Batterien, die nur einmal genutzt werden können, zeichnen sich Lithium-Ionen-Akkus durch ihre Wiederaufladbarkeit und hohe Energiedichte aus. Er kann grosse Mengen an Energie speichern, ohne dabei viel Platz zu beanspruchen. Unter optimalen Bedingungen hält ein solcher Akku mehrere Jahre, wobei seine Lebensdauer stark von der Nutzung und Lagerung abhängt.
Dank dieser Eigenschaften kommen Lithium-Ionen-Akkus in zahlreichen Geräten zum Einsatz, die eine kompakte und leistungsstarke Energiequelle benötigen. Typische Anwendungen sind:
Grosse Akkus, wie sie in E-Bikes, Stromspeichern oder Elektroautos verwendet werden, bestehen in der Regel aus Dutzenden bis Tausenden solcher Lithium-Ionen-Zellen. Diese werden parallel und in Reihe geschaltet, um die gewünschte Spannung und Leistung zu erreichen.
Ein Lithium-Ionen-Akku besitzt eine ähnliche Struktur wie eine galvanische Zelle. Die Anode (negative Elektrode) besteht in der Regel aus Graphit, die Kathode (positive Elektrode) aus Lithium-Metalloxiden. Zwischen den Elektroden befindet sich ein Elektrolyt, der den Fluss der Lithium-Ionen ermöglicht, sowie ein Separator, der die beiden Elektroden voneinander trennt und so Kurzschlüsse verhindert.
Beim Laden eines Lithium-Ionen-Akkus transportiert das Ladegerät Elektronen (blaue Kugeln und Pfeile) über den äußeren Stromkreis von der linken Elektrode (Kathode+) zur rechten Elektrode (Anode-). Gleichzeitig wandern im Inneren der Zelle die positiv geladenen Lithium-Ionen (rote Kugeln und Pfeile) durch den Elektrolyten von der linken zur rechten Elektrode und lagern sich zwischen den Graphitschichten (schwarz) der Anode ein.
Beim Entladen kehrt sich dieser Prozess um. Die Lithium-Ionen bewegen sich zurück zur linken Elektrode (Kathode), während die Elektronen über den äusseren Stromkreis zur ursprünglichen Elektrode zurückfliessen. Dabei geben sie elektrische Energie an das angeschlossene Gerät ab.
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Grundsätzlich kann man bei den heutigen Fertigungsstandards davon ausgehen, dass Lithium-Ionen-Batterien bei ordnungsgemässem Umgang sicher sind. Sie bergen jedoch auch Risiken, denn kommt es aufgrund von technischen Defekten oder unsachgemässer Handhabung zu einer unkontrollierten und beschleunigten Abgabe der chemisch gespeicherten Energie, so erfolgt dies in aller Regel in Form von thermischer Energie. Es kommt zum sogenannten Thermal Runaway.
„Sich selbst beschleunigende und aufrechterhaltende thermische Zersetzung”.
Es bezeichnet einen unkontrollierten Temperaturanstieg, der durch eine Kettenreaktion chemischer Prozesse innerhalb der Batterie ausgelöst wird. Dieser Zustand tritt auf, wenn sich die Batterie so stark erhitzt, dass die entstehende Wärme weitere Reaktionen beschleunigt, wodurch wiederum mehr Wärme freigesetzt wird. Dies kann schliesslich zur Freisetzung giftiger Gase, zu einem Brand oder sogar zu einer Explosion führen.
In der Batterietechnik sind zwei Temperaturen besonders kritisch: die SADT (Temperatur der selbstbeschleunigenden Zersetzung) und die Thermal-Runaway-Temperatur (Temperatur des thermischen Durchgehens).
Die SADT ist die niedrigste Temperatur, bei der eine Batterie beginnt, sich selbst zu zersetzen – langsam, aber unaufhaltsam, sofern keine aktive Kühlung erfolgt. Wird diese Reaktion nicht gestoppt, kann sie zur Thermal-Runaway-Temperatur führen. Ab diesem Punkt gerät die chemische Reaktion völlig ausser Kontrolle: Die Batterie heizt sich selbst weiter auf, es kommt zu einer Kettenreaktion, die im schlimmsten Fall in einer Explosion oder einem Brand endet.
Bei gängigen Lithium-Ionen-Batterien liegt die SADT bei etwa 66,5 °C und die kritische Durchbruchstemperatur bei 75 °C. Das zeigt, wie schmal der Grat zwischen sicher und gefährlich sein kann.
Ein Thermal Runaway kann durch verschiedene Faktoren ausgelöst werden:
Besonders problematisch ist, dass ein Thermal Runaway nicht mehr gestoppt werden kann, sobald er einmal begonnen hat. Entzünden sich eine oder mehrere Zellen, zersetzen sich die restlichen Zellen durch die Hitzeeinwirkung eine nach der anderen ebenfalls und brennen aus. Ein E-Bike-Akku kann auf diese Weise minutenlang intensiv abbrennen.
Ein sicherer Umgang mit Lithium-Ionen-Batterien minimiert die genannten Risiken erheblich.
Thermische Belastung vermeiden:
Umsicht bei Ladevorgängen:
Beschädigungen vermeiden:
Kontrollieren:
Der Umgang mit defekten oder beschädigten Lithium-Ionen-Akkus erfordert besondere Vorsicht, da sie ein erhebliches Sicherheitsrisiko darstellen können.
Anzeichen für einen defekten oder aufgeblähten Akku können sein:
Notfallorganisation für kritische Akkus
Für kritische Lithium-Ionen-Akkus stellt INOBAT eine Notfallorganisation zur Verfügung, die rund um die Uhr erreichbar ist. Auf INOBAT-Notfallorganisation geben Sie Ihre Postleitzahl ein. Dann erscheint die Telefonnummer der für Ihre Region zuständigen Firma, die Sie telefonisch kontaktieren können. Der Fachexperte entscheidet im Telefongespräch, wie weiter vorzugehen ist.
Grundsätzlich sind Brände von Akkus nur sehr schwer zu löschen und auch nur durch Personen mit entsprechender Schutzausrüstung und Ausbildung. Bei einem Akku-Brand kommt es innerhalb kürzester Zeit zum sogenannten Thermal Runaway: einer sich selbst beschleunigenden chemischen Kettenreaktion, bei der extreme Hitze von teils über 1000 °C entsteht. Zudem entstehen dabei hochtoxische Gase (z.B. Fluorverbindungen), die bereits in kleinen Mengen extrem gesundheitsschädlich sind.
Setzen Sie sich daher nicht der Gefahr oder den giftigen Gasen aus, sondern handeln Sie wie folgt:
Alarmieren Sie umgehend die Feuerwehr unter der Notrufnummer 118 und weisen Sie ausdrücklich auf einen Brand eines Lithium-Ionen-Akkus hin.
Evakuieren Sie den betroffenen Bereich und schließen Sie Fenster und Türen, um andere Personen vor dem gefährlichen Rauch zu schützen.
Löschversuche – wenn gefahrlos möglich – nur im Freien, mit genügend Abstand und viel Wasser.
Die unsachgemässe Entsorgung von Lithium-Ionen-Akkus birgt ein ernstzunehmendes Risiko, insbesondere für Recyclinganlagen. Obwohl ihre Entsorgung in der Schweiz klar geregelt ist, landen immer wieder Akkus im normalen Hausmüll. Wird ein Akku beschädigt, beispielsweise durch die Pressmechanik in Müllfahrzeugen oder durch Schredder auf einem Recyclinghof, kann dies zu einem Kurzschluss führen. In vielen Fällen führt dies zur Überhitzung und letztlich zu einem Brand.
Gerade in Sammel- und Sortieranlagen kommt es dadurch immer wieder zu gefährlichen Zwischenfällen. Umso wichtiger ist es deshalb, Akkus und Batterien korrekt zu entsorgen.
In der Schweiz ist die Rückgabe von Lithium-Ionen-Akkus einfach und kostenlos geregelt. Alle Verkaufsstellen, die Batterien oder Akkus verkaufen, sind gesetzlich verpflichtet, gebrauchte Akkus kostenlos zurückzunehmen, und zwar unabhängig davon, ob gleichzeitig ein neues Produkt gekauft wird oder nicht.
Zusätzlich können Akkus auch bei offiziellen Recyclinghöfen und öffentlichen Sammelstellen abgegeben werden. Dank dieses flächendeckenden Systems mit über 11’000 Sammelstellen funktioniert die umweltgerechte Entsorgung zuverlässig, vorausgesetzt, die Akkus landen nicht im Hausmüll.
