Lithium-Energiespeicher in Produktion und Lager

Mögliche Gefahrenfaktoren beim Umgang mit Lithiumbatterien.
Bild: Dr. Michael Buser

Lithiumbatterien sind aus unserem täglichen Leben nicht mehr wegzudenken. Sie werden vorzugsweise als netzunabhängige Stromversorgung oder als Energiepuffer von elektrischen Geräten eingesetzt. Insbesondere der Einsatz bei mobilen elektronischen Kleinanwendungen (Smartphones, Notebooks, Kameras, etc.) hat zur massenhaften Verbreitung von Lithiumbatterien geführt. Aber auch für den Einsatz in Gartenkleingeräten und sog. Power Tools, Pedelecs, stationären Energiespeichern zur autarken Versorgung des Haushalts, Gabelstaplern und Elektroautos gewinnen Lithiumbatterien zunehmend an Bedeutung. Eine explosionsartige Entwicklung erfährt die Anwendung von Lithiumbatterien im Bereich Automotive (z. B. Hybridantriebe, Hoch-Volt-Elektroantriebe etc.).

Die Verwendung von Lithium als Anode ermöglicht eine hohe Kapazität pro Gewichtseinheit und die in Kombination mit verschiedenen Kathodenmaterialien realisierbaren hohen Zellspannungen machen es zum idealen Elektrodenmaterial für Energiespeicher.

Gefahren beim Umgang mit Lithiumbatterien

Grundsätzlich sind Lithiumbatterien und auch die Ladetechnologien bei ordnungsgemäßem Umgang und sachgerechter Handhabung als vergleichsweise sicher anzusehen. Die ausgereifte Fertigungstechnologie sowie in die Batterie eingebaute Schutzmechanismen erlauben für den Anwender einen grundsätzlich gefahrlosen Umgang mit den chemischen Energiespeichern. Aus der Verwendung bestimmter chemischer Verbindungen im Zusammenhang mit hohen Energiedichten sowie durch technische Defekte können sich allerdings spezifische Gefahrenpotenziale ergeben, die eine besondere Sicherheitsbetrachtung erfordern.

Gefährliche Situationen resultieren insbesondere aus fehlerhafter Handhabung und unsachgemäßem Umgang. Als Folge von mechanischen Beschädigungen (z.B. durch Schlag, Sturz, Quetschen etc.), elektrischen Fehlern (z.B. durch Kurzschluss, Überladung etc.) oder thermischen Einwirkungen (z.B. Wärmeeinstrahlung von außen etc.) kann es zum Austreten des Elektrolyten, zu Überdruckreaktionen mit Abblasen gasförmiger Reaktionsprodukte, zu Feuererscheinungen oder zu einem explosionsartigen Bersten kommen. Neben diesen externen Fehlerquellen können auch Fertigungsfehler zu internen Kurzschlüssen führen. Weitere Gefahren gehen von Überladung sowie auch von Überentladung (Tiefentladung) aus. Bei Großbatterien können außerdem Defekte im notwendigen Kühlkreislauf für Probleme sorgen. Ein nicht zu vernachlässigender Gefahrenfaktor sind zudem fehlerhaft gefertigte oder technisch defekte Ladegeräte.

Der Gesamtverband der deutschen Versicherer (GDV) hat in Kooperation mit VdS Schadenverhütung mehrere Broschüren mit Hinweisen zur Schadenverhütung bei der Bereitstellung von Lithiumbatterien in Produktions- und Lagerbereichen herausgegeben.
Bild: VdS Schadenverhütung

Schutzmaßnahmen für die sichere Handhabung von Lithiumbatterien

Risiken bei der Handhabung und Bereitstellung von Lithiumbatterien in der Produktion sowie bei der Lagerung stellen eine besondere Herausforderung für den Brandschutz und für die Personensicherheit dar. Grundsätzlich empfiehlt es sich, Lithiumbatterien bei Herstellung, Fertigung, Lagerung und Transport als Gefahrstoff zu behandeln. Im Sinne von wirksamer Schadenverhütung ist besonderes Augenmerk auf effektive bauliche Brandschutzvorkehrungen und insbesondere auf die Umsetzung umfassender organisatorischer Schutzmaßnahmen zu legen.

Als bauliche Brandschutzvorkehrung hat sich bei der Lagerung und Handhabung von Lithiumbatterien die brandschutztechnisch wirksame (bestenfalls feuerbeständige) Abtrennung bewährt. Da die Gefahr eines Batteriebrands oft auf falsche Handhabung oder Fehlbedienung zurückzuführen ist, sind insbesondere auch organisatorische Schutzmaßnahmen umzusetzen. Eine wichtige Schadenverhütungsmaßnahme ist der Schutz vor mechanischen Beschädigungen (z.B. durch Schlag, Sturz, Quetschen etc.). Die Schulung der Mitarbeiter in Bezug auf den fachgerechten Umgang (analog Gefahrstoff) und die Bereitstellung spezifischer Betriebsanweisungen stehen hierbei im Vordergrund.

In Bezug auf anlagentechnische Brandschutzmaßnahmen für den Umgang mit oder die Lagerung von Lithiumbatterien sind aufgrund der spezifischen Anforderungen der zahlreichen unterschiedlichen Batterieanwendungen zumeist maßgeschneiderte Lösungen gefragt, die hinsichtlich der Wirksamkeit gezielt auf das jeweilige Gefährdungsszenario abgestimmt sind.

Die Schadenerfahrung hat gezeigt, dass für Betriebsbereiche, in denen Lithiumbatterien gelagert oder verwendet werden, die flächendeckende brandschutztechnische Überwachung mit Rauchmeldern eine Mindestanforderung darstellt. Bei der Lagerung größerer Mengen oder insbesondere bei leistungsstarken Lithiumbatterien kann ein wirksamer Schutz ausschließlich durch den Einsatz einer Sprinkleranlage erreicht werden. Für den wirksamen Löscherfolg ist zudem eine schnelle Auslösung in Verbindung mit einer großen Wasserbeaufschlagung erforderlich.

Fachliteratur

Für die Lagerung und Bereitstellung von Lithiumbatterien gibt es bislang nur wenige behördlichen Vorschriften oder gesetzlich Anforderungen für Schutzmaßnahmen. Ungeachtet dessen hat der Gesamtverband der deutschen Versicherer (GDV) in Kooperation mit VdS Schadenverhütung inzwischen mehrere Broschüren mit wertvollen Hinweisen zur Schadenverhütung bei der Bereitstellung von Lithiumbatterien in Produktions- und Lagerbereichen herausgegeben. Die Publikationen wurden von interdisziplinär zusammengesetzten Expertengruppen mit Vertretern der Versicherungswirtschaft, der Elektroindustrie, der Automobilindustrie, des Logistik- und Recyclinggewerbes, Löschanlagenherstellern sowie externen Risikoberatern erarbeitet, wobei auch Erkenntnisse aus Brandversuchen einbezogen wurden.

Ausblick

Da der Ausbau der Elektromobilität ein erklärtes gesellschaftliches Ziel ist, wird der Bedarf an Batteriekapazität, aber auch die Anzahl von Ladestationen in den kommenden Jahren stetig steigen. Der ständig steigende Energiebedarf bei mobilen elektronischen Geräten erfordert eine immer stärkere Batterieleistung. Die gleichzeitige Forderung nach immer kleineren und leichteren Batterien bringt die mobilen Energiespeicher an ihre technologischen Grenzen. Daher verlangen die neuen Hochleistungsbatterien mit der Zunahme an Energiedichte und Kapazität gleichzeitig auch innovative und wirksame Sicherheitskonzepte, die sich am steigenden Gefahrenpotenzial orientieren.