Akku Ladegerät explodiert

   

Welche Gefahr kann von einem Lithium Ionen Akku ausgehen ?

 

Kürzlich machte ein Fall Schlagzeilen bei dem ein 26 jähriger tödlich verletzt wurde als er neben sich ein Akku Ladegerät für Lithium Akkus der Größe AA betrieb.

Nach ersten Erkenntnissen traf den Mitarbeiter ein Akku, der mit extrem hoher Geschwindigkeit aus dem Ladegerät heraus schoss, mitten in Herz. Rettungskräfte hatten ihn noch am Unfallort wiederbelebt und ins Krankenhaus gebracht, wo er, genau an seinem 27. Geburtstag, seinen Verletzungen erlag.

Es gibt bisher keine offizielle Erklärung der Unfallursache – Die Kriminalpolizei ermittelt.

Auch wenn in der Presse immer wieder die Rede davon ist das Ladegerät selbst sei explodiert, so ist dies aus technischer Sicht doch eher unwahrscheinlich. Derartige Ladegeräte enthalten keine Bauteile, die in einem Maße explosiv sind, dass herumfliegende Teile einen Menschen töten können.

Vielmehr könnte es zu einem Thermal Runaway innerhalb des Akkumulators gekommen sein, wobei ein sich selbst verstärkender Prozess den Akku derart erhitzt, dass er vollkommen zerstört wird. Die Ursachen für einen solchen Vorfall können vielfältig sein. Auch das Ladegerät kann hier insofern ein Faktor sein, als dass ein Defekt zu einer Überladung des Akkus geführt haben könnte. Wenn gleich brennende Akkus in letzter Zeit immer wieder Schlagzeilen machen, kommen Unfälle dieser Brisanz sehr selten vor. Dennoch sollte man im Umgang mit Akkus und entsprechenden Ladegeräten stets Vorsicht walten lassen. Was Sie beachten sollten haben wir in diesem Artikel für Sie zusammengefasst.

 

Was passiert im Inneren eines Lithium Ionen Akkus

Lithium Ionen-Akkus traten in den 1990er Jahren einen weltweiten Siegeszug an und heutzutage verbaut man sie millionenfach in verschiedensten Geräten. Der Grund ist ihr, im Vergleich zu anderen Akku Technologien, hohe Energiedichte, die so den Bau kleiner und trotzdem leistungsfähiger Energiespeicher erlaubt.

Lithium Ionen Akku Schaubild Innerer Aufbau Wie jeder elektrochemische Energiespeicher bestehen auch Lithium Ionen Akkus aus zwei Elektroden, wobei der Minuspol Anode und der Pluspol Kathode genannt wird. Anode und Kathode sind durch einen Separator getrennt, der für Lithium Ionen durchlässig ist. Ionen bilden sich aus Atomen, wenn diese Elektronen abgeben oder aufnehmen. Außerdem ist der Raum zwischen den Elektroden ausgefüllt mit einem Elektrolyt. Elektrolyte sind feste oder flüssige Materialien, die beweglichen Ionen enthalten dabei aber selbst keinen Strom leiten.

In einem neu aufgeladenen Akku befindet sich das Lithium anfangs in Form von elektrisch neutralen Lithium Atomen an der Anode. Das Anodenmaterial besteht aus Graphit, in welches das Lithium eingelagert ist. Was passiert nun wenn Strom verbraucht wird? Im Inneren des Akkus wandern die Lithiumionen durch den Elektrolyt und den Separator hindurch zur Kathode und werden dort wieder eingelagert. Das Anodenmaterial gibt währenddessen Elektronen ab, die über den äußeren Stromkreis ebenfalls zur Kathode fließen.

Beim Ladevorgang wird dieser Prozess umgekehrt. Durch das Ladegerät liegt eine Spannung an, die größer ist als die Spannung, die in der Batterie herrscht. Deshalb wandern die Lithium Ionen zur Anode und werden dort eingelagert. Das Lithium an der Anode liegt auf einem höheren Potenzial, d.h. Der Akku kann jetzt wieder Energie abgeben, wenn die Ionen zurückwandern.

Die größte Gefahr besteht, wenn in voll aufgeladenem Zustand ein Kurzschluss im Akku auftritt.

 

Thermal Runaway

Bei einem Kurzschluss innerhalb des Akkus, entweder weil sich die Elektroden berühren oder eine metallische Verbindung zwischen ihnen besteht, fließt ein unkontrollierter Elektrischer Strom. Dabei kann in so kurzer Zeit genug Energie frei werden, die punktuell eine derartige Wärme freisetzt, dass die Zündtemperatur des Elektrolyten überschritten wird. Der Kurzschluss bildet hier nur das Vorspiel des Dramas. Durch die massive Zersetzung des Elektrolyten wird weitere Energie frei. Zu allem Überfluss wird intern an der Kathode Sauerstoff freigesetzt, der die exotherme Reaktion noch weiter verstärkt. Der Lithium Ionen Akku liefert sich selbst zusätzlich einen internen Brandbeschleuniger. Diese sich selbst verstärkende Reaktion kann schlussendlich bis zur Explosion des Akkus führen.

 

Ursachen eines Kurzschlusses

In vielen Fällen sind es Produktionsfehler der Akkus, durch die interne Kurzschlüsse entstehen.

Das Risiko hat sich erhöht, weil lange Zeit versucht wurde immer dünnere Akkus zu entwickeln. Die Abstände zwischen Anode und Kathode wurden immer kleiner. Genauso wurde auch der Separator immer dünner. Verunreinigungen während des Produktionsprozesses können dazu führen, dass Metallspäne den Separator beschädigen. Eine weitere Gefahr geht von metallischen Lithium aus. Normalerweise sind die Lithiumionen zwischen den Graphitschichten eingelagert. So wird das Wachstum von metallischem Lithium unterbunden. Im Fall extremer (kalter) Temperaturen oder unter falschen Ladebedingungen kann es jedoch dazu kommen, dass metallisches Lithium entsteht. Es bilden sich im Fortgang sogenannte Dendriten. Dünne Fäden aus metallischem Lithium, die immer weiter wachsen. Die Dendriten durchschlagen den Separator und verursachen dadurch einen Kurzschluss. Besonders bei sogenannte Primärzellen, also Batterien, die eigentlich  nicht zu Wiederaufladen vorgesehen sind, besteht diese Gefahr.

 

Wie schützen Sie sich ?

Insgesamt sind Lithium Ionen Akkus eine sehr sichere Technologie. Es gibt weltweit Milliarden von Lithiumionen-Batterien, die einwandfrei funktionieren, im Vergleich zu den wenigen Dutzend, die ab und zu Schlagzeilen machen. Beachtet man bei der Nutzung die folgenden Sicherheitsregeln sollte man vor Unfällen eigentlich verschont bleiben.

 

Die wichtigsten Regeln für den Umgang mit Akkus und Ladegeräten:

 

  1. Niemals Einweg Batterien aufladen.
  2. Niemals erkennbar beschädigte Akkus aufladen. Heruntergefallene und/oder beschädigte Akkus nicht mehr in Betrieb nehmen, sondern fachgerecht entsorgen. Mechanische Beschädigungen können zum Brand führen.
  3. Lithium-Ionen-Akkus in trockenem Zustand bei Raumtemperatur und an brandsicherer Stelle aufladen.
  4. Kritisch ist auch das Laden von Lithium-Ionen-Akkus, wenn diese längere Zeit nicht genutzt wurden. Lithium-Ionen-Akkus können durch Tiefentladungen dauerhaft beschädigt werden.
  5. Bei kalten Temperaturen und Winterwetter Lithium-Ionen-Akkus nicht in der unbeheizten Garage lagern.
  6. Nicht in der Nähe von heißen Oberflächen lagern, laden oder nutzen und nicht ins Feuer werfen.
  7. Nur zertifizierte Ladegeräte oder Ladegeräte des Herstellers nutzen.
  8. Lithium-Ionen-Akkus nicht zerlegen oder modifizieren.
  9. Falls  der Akku tatsächlich in Brand gerät, nicht mit Wasser löschen! Bei der Reaktion von Lithium mit Wasser wird sehr viel Wärme entwickelt und als Reaktionsprodukte entstehen ätzende Lithiumlauge (LiOH) und leicht brennbarer Wasserstoff (H2)

 

Bitte keine privaten Geräte am Arbeitsplatz

An dieser Stelle auch noch einmal der Hinweis an Unternehmen, darauf zu achten, dass keine privaten Elektrogeräte am Arbeitsplatz betrieben werden.

Vor der ersten Inbetriebnahme, muss ein Elektrogerät gemäß § 14 BetrSichV und der DGUV Vorschrift 3 von einer Elektrofachkraft oder aber unter ihrer Aufsicht überprüft werden. Verwenden Sie nur betriebssichere Geräte, die den elektrotechnischen Regeln entsprechen. Der Unternehmer hat dabei als Betreiber des Elektrogeräts die Auswahl-, Organisations- und Aufsichtspflicht – und zwar eben unabhängig davon, ob das Gerät ihm gehört oder einem seiner Mitarbeiter, denn er ist für den Arbeitsschutz in seinem Betrieb verantwortlich.

 

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2018-09-24T16:04:29+00:00