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Eigensicherheit von Akkus und Batterien

Fälle von brennenden oder sogar explodierenden Handy- und Notebook-Akkus sowie spektakuläre Rückrufaktionen, in denen große Stückzahlen dieser Energieträger (in einem Fall 1,6 Millionen, insgesamt seit 2006 über 10 Millionen Einheiten) ausgetauscht wurden, sensibilisierten die Öffentlichkeit für Sicherheitsaspekte wiederaufladbarer Batterien. Im Widerspruch zur oft reißerischen Berichterstattung der Medien blieben die tatsächlich durch überhitzte Markenakkus aufgetretenen Schäden jedoch verhältnismäßig gering und die Anzahl der Schadenfälle war insgesamt klein. Bei der Verwendung von Hochleistungsakkus für Kraftfahrzeuge mit Hybrid-Antrieb könnten die dafür notwendigerweise sehr zahlreich zu elektrischen Verbünden (siehe: Akku-Packs) geschalteten Akku-Zellen jedoch katastrophale Wirkungen zeigen, wenn sie außer Kontrolle geraten, und Sicherheitsüberlegungen spielen dort zu Recht eine zentrale Rolle bei der Beurteilung der verschiedenen Akku-Technologien.

In diesem Zusammenhang wird oft der Begriff 'Eigensicherheit' (engl.: intrinsic safety) gebraucht, der jedoch im Bezug auf Batterien und Akkus nicht genormt ist, wodurch unterschiedliche Sachverhalte damit bezeichnet und unterschiedliche Erwartungshaltungen entwickelt werden, insbesondere seitens der Endverbraucher.

Eine technische Normung des Begriffs findet sich in den sogenannten ATEX-Richtlinien der EU (Explosionsschutzverordnung), die sich auf die Zündfähigkeit explosiver Gemische durch elektrische Schaltungen und Stromquellen beziehen. Ferner taucht der Begriff beispielsweise in DIN-Bestimmungen für Solaranlagen auf. Keine dieser Definitionen ist jedoch auf die Sicherheit von Akkus und Batterien anwendbar bzw. übertragbar.

Unter Eigensicherheit von Akkus und Batterien ist ein bauartbedingter Schutz vor thermischem Durchgehen (siehe unten) zu verstehen. Im Idealfall bedeutet das: Keine übermäßige Erhitzung, keine Entwicklung von Rauch, giftigen Dämpfen oder Flammen und keine Explosion bei Kurzschluss, Tiefentladung, Überladen, Stoß, Fall, Vibration, Zerstörung sowie bei extremen Temperaturen und Luftdrücken. Bis zu einer erfolgten Normung des Begriffes sind die jeweils damit bezeichneten Risikoausschlüsse genau zu hinterfragen. Keinesfalls bedeutet 'eigensicher', dass eine Zelle zerstörungssicher bzw. funktionssicher oder unter allen Umständen ungefährlich ist.

Das wesentlichste Gefährdungspotential durch NiMH- und Li-Ion-Akkus liegt im sog. thermischen Durchgehen (englisch: thermal runaway). Thermisches Durchgehen liegt dann vor, wenn - beispielsweise durch einen Kurzschluss - die in einem Akkumulator entstehende Wärme exotherme (Hitze erzeugende) elektrochemische Reaktionen derart beschleunigt, dass wiederum noch mehr Hitze entsteht und die frei werdende Wärmeenergie nicht mehr rechtzeitig abgeführt werden kann. Die Folge einer solchen Kettenreaktion kann sprunghaft und stark ansteigende Temperatur, Rauch- und Flammenbildung und sogar eine Explosion sein.

Die einzelnen elektrochemischen Vorgänge, die zu thermischem Durchgehen führen können, sind von Akku-Typ zu Akku-Typ unterschiedlich. In einigen Li-Ion-Zellen kann sich beispielsweise unter ungünstigen Umständen metallisches Lithium abscheiden. Sobald dieses seinen Schmelzpunkt erreicht (181° C), wird es außerordentlich aggressiv und kann bei chemischen Reaktionen sehr viel Hitze freisetzen. Andere Faktoren können das hitzebedingte Freiwerden von Sauerstoff oder die Entzündung brennbarer Elektrolyte sein.

Als ursächliche Auslöser eines 'thermal runaway' kommen beispielsweise Kurzschlüsse durch äußere Einflüsse oder durch Veränderungen innerhalb der Zelle in Betracht, aber auch extreme Tiefentladung, Überladen, extreme Arbeitstemperaturen etc.

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