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Batteriebrand – ist das E-Auto wirklich eine Gefahr?
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Autor: Maximilian Geilen
Veröffentlicht am: 27.08.2021
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Die auf Lithium-Ionen-Batterien basierte Elektromobilität setzt sich auf den internationalen Märkten immer mehr durch. Mit dem Erfolg der Technologie zeigen sich in letzter Zeit aber auch Fehlerquellen. Zahlreiche Berichte nehmen dabei vor allem das Brandrisiko heutiger Lithium-Batterien in den Blick. Aber sind Batteriebrände tatsächlich eine signifikante Gefahr?
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Wie hoch ist die Wahrscheinlichkeit eines Batteriebrands?
Zum Brandrisiko wurden bereits verschiedenen Statistiken veröffentlicht. So sagt die Schweizer Feuerwehr auf Basis eigener Datenerhebungen zu brennenden Elektrofahrzeugen im Vergleich zu fossil betriebenen Autos, dass E-Mobile nicht häufiger in Brand gerieten. Eine weitere Statistik, die auf Zahlen der US-amerikanischen Autobahnfeuerwehr basiert, besagt sogar, dass die Sicherheit von Elektroautos der von Benzinern deutlich überlegen sei. Nur zwei Elektroautos pro einer Milliarde gefahrener Kilometer seien in Brand geraten, während es bei konventionellen Autos 90 Brände gewesen seien.
Was passiert bei einem Batteriebrand?
Grundsätzlich sind vor allem NMC- oder NCA-basierte Zellchemien von einer möglichen Brandgefahr betroffen. Diese Batteriezellen weisen zumeist eine sehr hohe Energiedichte auf, die für moderne Elektrofahrzeuge ebenso wie für Smartphones auf ein Maximum optimiert wird. Liegen Beschädigungen an der Batterie, Produktionsfehler oder eine unsachgemäße Handhabung vor, kann es zu kritischen Zuständen im Akku kommen.
Batteriebrand: Der „Thermal Runaway“
Bei der zuletzt von GM vorgenommenen Rückrufaktion von Elektrofahrzeugen deutet ein weiterer Faktor darauf hin, dass besonders hohe und tiefe Ladestände, die allgemein zu früherer Alterung bei Lithium-Batterien führen, ein Katalysator für Fehler sein können. Auf dieser Basis kann es zur Ausbildung von Kurzschlüssen innerhalb der Batterie kommen. Durch die freiwerdende Energie des Kurzschlusses steigt die Temperatur in der Batterie meist über einen kritischen Punkt, was im schlimmsten Fall zum „thermischen Durchgehen“ („thermal runaway“) führt. In diesem Zustand brennt eine Batteriezelle nach einem kritischen Wärmeeintrag unter Umständen explosionsartig aus. Das liegt daran, dass sich der lösemittelhaltige Elektrolyt schlagartig zu zersetzen beginnt, womit direkt eine hohe Menge Energie frei wird. Der in der Zelle vorliegende Sauerstoff verstärkt die Reaktion noch.
Positionsproblematik
Problematisch ist auch, dass die Batterien direkt unter der Fahrgastzelle des Elektroautos verbaut sind, um Sie bei Unfällen vor Verformung zu schützen. Da eine Platzierung der heute noch sehr großen Fahrzeugbatterien an einer anderen Stelle des E-Autos technisch nicht machbar ist, stellt der Akku eine Gefahrenquelle für die über ihr sitzenden Insassen dar. Da ein Batteriesystem außerdem meist durch Pack und Module gekapselt ist, bevor die eigentliche Zelle zum Vorschein kommt, lassen sich punktuelle Brände nur schwierig mit Wasser löschen. So ist es derzeit gängige Praxis, Batteriebrände durch den Einsatz großer Wassermassen nicht direkt zu löschen, sondern so abzukühlen, dass die Hitze und damit die Gefahr im gesamten Batteriepack reduziert wird.
Sind alle Elektroautobatterien brandgefährdet?
Nein. Brandgefährdet sind vor allem die Hochleistungsbatteriezellen auf Basis der chemischen Komponenten NMC oder NCA. Deutlich sicherer sind Batteriezellen, die auf Lithium-Eisenphosphat als Aktivmaterial der Kathode basieren. Entsprechende Akkus werden bereits in Massenmarktanwendungen für die Elektromobilität genutzt. So verbaut Tesla beispielweise seit Herbst 2020 die sogenannten LFP-Zellen des Zulieferers CATL in der chinesischen Basisversion des Tesla-„Model 3“. Laut dem Elektroautobauer wird der Zelltyp, der leistungstechnisch der NMC-Chemie deutlich unterlegen ist, auch wegen seiner Sicherheitsmerkmale weiter an Bedeutung gewinnen.
Sicher: Die Festkörperbatterie
Auch die Technologie der Festkörperbatterie gilt als deutlich sicherer als die der bisherigen Akkus – vor allem durch den dort verarbeiteten festen Elektrolyten. Obwohl bei der Festkörperbatterie zwar ähnliche oder sogar höhere Leistungen abgerufen werden, ist das Brandrisiko deutlich geringer. Anders als die LFP-Zelle, ist die Festkörperbatterietechnik allerdings wohl noch einige Jahre von der Massenmarkttauglichkeit entfernt.
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Quellen:
https://battery-news.de/index.php/2021/08/18/gm-mit-problem-bei-batteriemodulen/
https://www.weltderphysik.de/thema/hinter-den-dingen/was-laesst-akkus-in-flammen-aufgehen/
https://www.sueddeutsche.de/auto/elektroauto-feuer-batteriebrand-1.5224993
https://www.fz-juelich.de/SharedDocs/Downloads/IEK/IEK-1/DE/Juelicher_Beitraege_in_der_Keramischen_Zeitschrift_2.pdf?__blob=publicationFile
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