Lithium-Ionen-Batterien treiben viele unserer Alltagsgeräte an, von Laptops und Telefonen bis hin zu Elektrofahrzeugen. Da diese Batterien jedoch altern und sich abnutzen, werden sie anfälliger für Fehler wie thermisches Durchgehen, das zu einem Brand führen kann. Können alte Lithiumbatterien also leicht brennen?
Können alte Lithiumbatterien leicht verbrennen?
Die kurze Antwort lautet ja - alte Lithiumbatterien können durchaus ein höheres Brandrisiko darstellen.
Wenn Lithium-Ionen-Batterien über Monate und Jahre hinweg Lade-/Entladezyklen durchlaufen, kommt es im Inneren zu Veränderungen, die ihre Stabilität verringern:
- Die Elektrolytflüssigkeit, die den Fluss der Lithiumionen ermöglicht, baut sich mit der Zeit langsam ab. Es bilden sich Verunreinigungen, die die ordnungsgemäße Funktion beeinträchtigen können.
- Elektroden wie Anode und Kathode unterliegen einer langsamen Korrosion. Dies führt zu einer Beschädigung der strukturellen Integrität und verursacht elektrische Kurzschlüsse.
- Die Trennmembran, die verhindert, dass sich Anode und Kathode berühren, zerfällt ebenfalls langsam. Wenn sie versagt, kommt es zu einem Kurzschluss in der Batterie.
All diese Alterungsmechanismen führen dazu, dass ein thermisches Durchgehen bei älteren Batterien wahrscheinlicher wird:
Was ist Thermal Runaway?
Thermisches Durchgehen bezieht sich auf eine gefährliche Rückkopplungsschleife in ausfallenden Batterien.
Aufgrund von Faktoren wie internen Kurzschlüssen, Korrosion usw. beginnt die Batterie an einer Stelle zu überhitzen. Diese Hitze breitet sich dann auf benachbarte Bereiche aus.
Durch die sich ausbreitende Hitze überhitzen nun auch die bisher normalen Batteriebereiche. Dadurch wird die Batterie noch mehr geschädigt und noch mehr Wärme freigesetzt.
Unkontrolliert setzt sich der oben beschriebene Zyklus fort, bis die gesamte Batterie durch die Reaktion verbraucht ist. Eine solche unkontrollierte Erhitzung führt zu Bränden und sogar zu Explosionen.
Daher besteht bei gealterten Lithiumbatterien mit bereits vorhandenen Mängeln aufgrund ihrer geschwächten inneren Struktur ein höheres Risiko eines thermischen Durchgehens.
Anzeichen für eine alternde und ausfallgefährdete Lithium-Batterie
Wenn sich Lithiumbatterien abnutzen, zeigen sie allgemeine Anzeichen, die als Warnung dienen, bevor es zu einer Überhitzung kommt:
1. Geringere Laufzeit und Kapazität
Brandneue Lithiumbatterien haben bei voller Ladung ihre volle Nennlaufzeit. Mit zunehmendem Alter nimmt ihre Kapazität jedoch immer weiter ab.
Sie werden feststellen, dass Ihrem Gerät viel schneller der Saft ausgeht, obwohl die Akkuanzeige eine volle Ladung anzeigt. Dieser Kapazitätsverlust ist auf ein allmähliches Versagen der internen Akku-Komponenten zurückzuführen.
2. Längere Ladezeiten
Neben den schnelleren Entladezyklen brauchen alternde Lithiumbatterien auch länger, um sich wieder vollständig aufzuladen.
Das Aufladen von Lithium-Ionen-Zellen ist ein heikler Balanceakt. Das Ladegerät muss die gefüllte Kapazität maximieren und gleichzeitig Schäden durch Überladung vermeiden.
Bei älteren Zellen verlangsamt der höhere Innenwiderstand den Ladevorgang. Wenn die Alterung auch zu Elektrodenfehlern führt, wird der Ladevorgang träge.
Ungewöhnlich lange Ladezeiten deuten also darauf hin, dass Ihr Akku ausgetauscht werden muss.
3. Quellung und Verformung
Die kompakte, rechteckige Form der Lithiumzellen ergibt sich aus dem stabilen Elektrodenstapel und dem starken Außengehäuse.
Allerdings führen Korrosion und Verunreinigungen im Laufe der Zeit zu einer Volumenvergrößerung im Inneren. Diese dehnt sich gegen das Gehäuse aus und verursacht sichtbare Quellverformungen.
Wenn Sie feststellen, dass der Akku leicht gegen das Gehäuse Ihres Geräts drückt, sollten Sie ihn so schnell wie möglich überprüfen lassen, bevor es zu thermischen Problemen kommt.
Bewährte Praktiken: Sichere Verwendung und Aufladung von alten Batterien
Zwar lässt sich ein Ausfall der Batterie aufgrund der Alterung der Lithiumzellen nie ganz vermeiden, aber Sie können Maßnahmen ergreifen, um das Brandrisiko zu minimieren:
1. Herstellerempfehlungen befolgen
Seriöse Batteriehersteller führen umfangreiche Tests durch, um Nutzungsempfehlungen zu formulieren. Wenn Sie sich an die von ihnen empfohlenen Lade-/Betriebsverfahren halten, bleiben Sie in der sicheren Betriebszone.
Beachten Sie alle Grenzwerte für Ladespannungen, maximale Leistungsaufnahme des Geräts und Betriebstemperaturen. Das Einhalten dieser Grenzwerte minimiert Überhitzungsauslöser.
2. Ladung in einer nicht entflammbaren Oberfläche
Es empfiehlt sich, Lithiumbatterien immer auf nicht brennbaren Oberflächen aufzuladen, z. B. Granit Küchenarbeitsplatten. Dadurch wird verhindert, dass sich Brände ausbreiten, wenn eine defekte Batterie ausfällt.
Stellen Sie außerdem sicher, dass Sie beim Aufladen keine brennbaren Materialien in der Nähe haben, nur um sicher zu gehen.
3. Beenden Sie den Gebrauch, wenn Anzeichen eines Versagens auftreten
Verwenden Sie eine Lithiumbatterie, die Schwellungen, Temperaturspitzen, anormale Entladungen oder andere Anomalien aufweist, sofort nicht mehr.
Solche Verhaltensweisen gehen oft katastrophalen Ausfällen voraus. Entsorgen Sie solche Zellen sicher gemäß den Vorschriften für das Batterierecycling in Ihrem Land.
Versuchen Sie nicht, ausfallende Batterien wiederzubeleben, da dies das Brandrisiko stark erhöht. Kaufen Sie stattdessen Ersatzzellen/-geräte.
4. Lassen Sie die Batterien nicht entladen
Lithiumzellen mit einer Ladung von 100% zu halten, beschleunigt zwar auch die Alterung, aber das entgegengesetzte Extrem (0% Ladung) kann auch gefährlich sein.
Entladene Zellen neigen dazu, im Inneren metallische Lithiumablagerungen zu bilden, die sehr instabil sind. Vermeiden Sie es, Lithiumbatterien zu lange vollständig entladen zu lassen.
Schlussfolgerung
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass gealterte und degradierte Lithium-Ionen-Batterien im Vergleich zu frischen Zellen ein wesentlich größeres Problem für den Brandschutz darstellen.
Übliche Ausfallmechanismen wie das Austrocknen des Elektrolyts und Metallkorrosion erhöhen mit der Zeit die Instabilität. Dies vergrößert das Risiko einer unkontrollierten Erwärmung, d. h. einer thermischen Entgleisung.
Die Benutzer können jedoch das Risiko eines Brandes von Lithiumbatterien eindämmen, indem sie die Nutzungsrichtlinien befolgen, den Ladezustand bzw. die extremen Umgebungsbedingungen minimieren und die Zellen bei den ersten Anzeichen von Anomalien austauschen.
Achten Sie also auf das Alterungsverhalten der Batterien in Ihren Geräten. Ersetzen Sie Zellen, die merkwürdige elektrische/physikalische Veränderungen aufweisen, so schnell wie möglich, bevor Sie mit einem defekten Akku enden, der zu Verbrennungen neigt!
