Lithium-Ionen-Akkus sind heute in vielen mobilen Geräten im Einsatz. Hält man einige Grundregeln ein, beeinflusst das die Leistung und Lebensdauer der Akkus positiv.
Wer liest schon die Bedienungsanleitung? Ein Problem, das wohl jeder kennt: Gerade bei Gegenständen mit intuitiver Bedienung werden Herstellerhinweise gerne übergangen. Waren die alten Nickel-Cadmium und Nickel-Metallhydridzellen recht unempfindlich gegenüber Fehlverhalten, stellen die neueren Lithium-Akkus einige Anforderungen an den Benutzer. Fehlverhalten verkürzt ihre Lebensdauer und kann schlimmstenfalls zum Brand führen.
Artgerechte Akku-Haltung
Grundsätzlich gelten für alle Lithium-Ionen-Akkus einige essenzielle Vorgaben: Solche Akkus altern schneller bei höherem Ladezustand und höheren Temperaturen. Ebenso wichtig: Eventuell flüssige oder gelförmige Elektrolyte in der Zelle dürfen nicht unter dem Gefrierpunkt geladen werden. Ist das Akkuwerkzeug also nach einem winterlichen Außeneinsatz oder über Nacht im eiskalten Auto gelagert, sollte es nicht sofort aufgeladen werden. Dennoch ist ein rechtzeitiges Nachladen gut, denn bei einer durchschnittlichen Selbstentladung
von im Schnitt 3 Prozent pro Monat bei Zimmertemperatur sollte etwa alle sechs Monate der Akku auf 55 bis 75 Prozent aufgeladen werden. Auch selten genutzte Akkus gilt es daher alle paar Monate auf den Ladezustand zu kontrollieren und nachzuladen, das gilt erst recht für Akkus, die im Notfall zuverlässig bestimmte Zeiten überbrücken müssen. Ideal für die Lebensdauer, aber kaum praxistauglich wäre ein nur wenig geladener, kühl gelagerter, regelmäßig kontrollierter Akku, der vor Gebrauch geladen und danach gegebenenfalls teilweise wieder zu entladen wäre.
Gefahrenpotenzial Akku
Dass Lithium-Ionen-Akkus gefährlich sind, zeigt unter anderem die Einstufung aller Lithium-Batterien seit dem 1. Januar 2009 als Gefahrgut der Klasse 9. Für den Versand muss, in der Regel durch den Zell- bzw. Batteriehersteller, zunächst der Transport-TestUN38.3 durch ein akkreditiertes Prüflabor durchgeführt werden. Mechanische Schäden gilt es durch geeignete Verpackung auszuschließen, denn oft ist ein mechanischer Defekt von außen nicht sichtbar. Auch längere Zeit nach dem mechanischen Defekt kann es noch zum inneren Kurzschluss kommen. Ebenso kann durch eine äußerliche Beschädigung Luft und Luftfeuchtigkeit in die Zelle eindringen und zu unerwünschten chemischen Reaktionen führen. Das gilt nicht nur für den Transport neuer Energiespeicher, sondern vor allem für Akkus im mobilen Einsatz! Hier kann ein Sturz oder Schlag zur Beschädigung und im ungünstigsten Fall zum Brand führen. Dass Überladen schlecht ist, leuchtet ein, aber Lithium-Ionen- Akkus können auch bei Tiefentladung durch innere Kurzschlüsse in Brand geraten. Ähnlich verhält es sich bei einer Überlastung: bei mehr als 60 °C sollte kein Akku betrieben werden. Selbst eine minimale lokale innere Überhitzung führt sonst zum sogenannten Thermal Runaway (thermischen Durchgehen) und kann einen Brand verursachen. Ein mobiles Gerät sollte nicht im heißen Fahrzeug oder nahe einer Hitzequelle, dazu zählt z.B. auch der heiße Heizkörper im Winter, gelagert und danach sofort voll eingesetzt werden.
Sicherer Schutz in der Praxis
Weitgehenden Schutz während der Nutzung bietet die Einhaltung weniger Regeln: Akkus sollten immer nur in den dafür vorgesehenen Geräten verwendet werden. Das schließt sowohl eine Überlastung während der Energieabgabe wie auch eine Tiefentladung weitgehend aus. Zudem sollten Akkus nur mit dem explizit dafür vorgegebenen Ladegerät geladen werden! Sind viele akkubetriebene Geräte im Einsatz, ist schnell mal das falsche Gerät gewählt und ein enormer Stresstest durch das Laden nicht auszuschließen. Natürlich sind Akkubrände selten; sie kommen aber vor, insbesondere bei Fehlbedienung, und das Risiko steigt mit der Zahl der Akkus. Für Betriebe, die eine größere Anzahl an Lithium-Ionen-Akkus betreiben, ist daher eine zusätzliche Sicherung bei der Lagerung und bei Ladevorgängen wichtig. Da selbst neue Akkus durchaus Zellen mit unterschiedlichem Ladezustand enthalten können, müssen sie als erstes aufgeladen und auf gleiches Ladeniveau gebracht werden. Bei Aufbewahrung in einem Akku-Sicherheitsschrank von CEMO würde sich die Flammbildung damit auf das Schrankinnere beschränken. Das kann ein wichtiger Baustein im Brandschutzkonzept sein. Auch im medizinischen Bereich ist eine solche sichere Lademöglichkeit ideal, denn wer kann schon sagen, ob nicht mal der Akku heruntergefallen oder das mobile Gerät irgendwo hart angeschlagen ist? Ähnliches gilt für besonders sicherheitskritische Einsatzbereiche wie der USV. Kommt es nach einer mechanischen Schädigung beim Ladevorgang zum inneren Kurzschluss, verhindert ein Sicherheitsschrank ein noch größeres Unglück. Zudem senken manche Versicherungen die Prämien, wenn man geeignete Brandschutz-Vorkehrungen nachweisen kann.
Alt, aber nicht harmlos
Brandschutz ist auch bei der Lagerung verbrauchter oder schadhafter Lithium-Ionen-Akkus wichtig. Wie schon beschrieben, kann sowohl eine Tiefentladung als auch eine mechanische Beschädigung zu inneren Kurzschlüssen und thermischen Durchgehen führen. Nach einer Daumenregel erzeugt ein Akku rund 10-mal so viel thermische Energie im Brandfall wie er elektrisch liefern kann. Bei einem Akku von beispielsweise 360 Wh (Akkugröße 36 V / 10 Ah) wären das immerhin 3,6 kWh thermische Energie, was dem Äquivalent
von ca. 100 ml Benzin entspricht. Um einen Gebäudebrand zu starten, reicht das aus, zumal benachbarte Akkus dabei auch mit durchgehen können, der enthaltene Elektrolyt wie Benzin brennt und sich Lithium-Akkus mit Wasser nur kühlen, aber nicht mit vollständiger Gewissheit ablöschen lassen. Für kleinere Mengen Alt-Akkus bietet sich daher ein erprobter und zugelassener Akku-Sammelbehälter an oder eine Akku-Sicherheitstonne.
Dieser Artikel erschien in der Ausgabe 5/21 der MED engineering.
Autor:
Dipl. Chem. Andreas Reiff
