Der Experte klärt auf : Wie brandgefährlich sind Lithium-Ionen-Akkus im Elektroauto?

Im Jahr 1979 entwickelten die Forscher John B. Goodenough und Koichi Mizushima eine wiederaufladbare Lithiumzelle mit rund vier Volt Spannung. 1991 brachte Sony dann den ersten kommerziell nutzbaren Lithium-Ionen-Akku auf den Markt. Heutzutage finden wir solche Akkus in vielen Geräten verbaut, unter anderem in Smartphones, Tablets, Notebooks, E-Bikes oder E-Rollern. Tesla brachte 2008 als erster Produzent ein E-Auto mit Lithium-Ionen-Akku auf den Markt und gilt bis heute als Vorreiter im Bereich der E-Mobilität. Mit diesem Vorstoß bereitete das Unternehmen den Boden für andere Hersteller, ebenfalls leistungsstarke Akkus für den Antrieb teil- oder vollelektrischer Fahrzeuge zu nutzen.
Mit der weiteren Verbreitung von Lithium-Ionen-Akkus in Elektrofahrzeugen wurde in Medien vermehrt von Batteriebränden berichtet. Namhafte Prüforganisationen und Feuerwehrverbände verschiedenster Länder testen seit Jahren reine Elektro- aber auch Hybridfahrzeuge mit Lithium-Ionen-Akkus auf ihre Brandsicherheit. Das Fazit: Generell geht von Elektrofahrzeugen kein größeres Brandrisiko aus, als dies bei herkömmlich betrieben Fahrzeugen der Fall ist. Prinzipiell unterliegen Elektro- und Hybridfahrzeuge zudem strengen Zulassungskriterien und werden unter Berücksichtigung hoher Qualitätsstandards produziert und mit zertifizierten Ladeeinrichtungen ausgestattet. Auch werden E-Fahrzeuge mit einer geprüften Zellenüberwachung betrieben, wodurch mögliche Fehler auf ein Minimum reduziert werden. "Grundsätzlich gilt: Bei guten Fertigungsstandards, zertifizierten Lade- und Zellenüberwachungssystemen sowie sachgerechter Handhabung, sind Lithium-Ionen-Speichermedien als sicher einzustufen", erklärt ÖAMTC-Techniker Christian Klejna.

Batteriebrände können aus unterschiedlichen Gründen entstehen, zum Beispiel durch einen Kurzschluss in der Zelle. Ein solcher kann verschiedene Ursachen haben, wie das Eindringen eines Fremdkörpers in die Zelle oder das Überladen der Batterie oder auch durch Deformierungen (beispielsweise im Zuge eines schweren Unfalls).
Ein Batteriebrand kann in der Regel nicht von außen gestoppt werden. Um den Brand einzudämmen wird die Batterie, soweit möglich, mit Wasser gekühlt, um die noch intakten Zellen zu retten und das Entzünden weiterer Zellen zu unterbinden. Gekapselte Batterien in Elektrofahrzeugen sind jedoch schwierig zu kühlen, da das Eindringen von außen in die Batterie nicht möglich ist. Wird eine Temperaturanstieg in der Batterie festgestellt, wird das gesamte Fahrzeug in einem Container geflutet. Die erforderliche Kühlung kann sich über einen längeren Zeitraum erstrecken.
„Bis heute ereigneten sich nur sehr wenige Batteriebrände in Elektrofahrzeugen nach einem Unfall. In diesen Fällen war eine Flutung der Batterie notwendig. Die permanente Weiterentwicklung der Zellen und die hohen Qualitätsstandards bei der Herstellung gewährleisten gemeinsam mit einem effektiven Batterieüberwachungssystem im Fahrzeug durch das Batteriemanagement einen sicheren Betrieb von Elektrofahrzeugen", erklärt Klejna.

Lithium ist ein leichtes Metall und besitzt eine hohe Dichte. Diese Eigenschaften ermöglichen den Bau von Lithium-Ionen-Zellen mit großer Energiedichte und, daraus resultierend, hoher Leistung. Der Wirkungsgrad beim Laden und Entladen ist hoch, die Selbstentladung gering – was sie optimal für den Antrieb von Fahrzeugen macht.
Die Anode und die Kathode werden durch einen Separator getrennt. Der Elektrolyt befindet sich in der Zelle und ermöglicht den Transport von Lithium-Ionen zwischen Anode und Kathode. In den Elektrolyten werden Lithiumsalze und ein organisches Lösungsmittel mit verschiedenen Karbonaten verwendet. Als Leitsatz wird zum Beispiel Lithium-Hexafluorophosphat (LiPF6) eingesetzt. Die Anode ist häufig aus Grafit, was wiederum sehr gut für die Einlagerung von Lithium-Ionen geeignet ist.
Durch die Verwendung der verschiedenen Materialien auf der Kathodenseite entstehen unterschiedliche Zellarten. Häufig verwendet man Lithium-Nickel-Mangan-Kobaltoxyde (NMC), Lithium-Kobalt-Oxid (LCO), Lithium-Mangan-Oxid (LMO), Lithiumeisenphosphat (LFP) und Lithium-Nickel-Kobalt-Oxide (NCA).
Separatoren werden aus mikroporösen Kunststoffen gefertigt und trennen die Anode räumlich sowie elektrisch von der Kathode. Der Separator ist für die Lithium-Ionen-Kristalle durchlässig.