Brände von Lithium-Ionen-Batterien: Wie breiten sie sich so schnell aus?

Lithium-Ionen-Batterien, die Tausende von E-Bikes und E-Scootern antreiben, sind für einen immer größeren Anteil der Brände in New York City verantwortlich.

Mittlerweile haben die meisten von uns körnige Überwachungsvideos gesehen, auf denen zu sehen ist, wie die Batterien in weißen Flammen explodierten. Wenn man sie jedoch aus nächster Nähe explodiert, wird deutlich, warum diese Batteriezellen eine große Herausforderung für den modernen Brandschutz darstellen.

Das NBC New York I-Team hat sich mit Telemundo 47 Investiga zusammengetan, um den Zuschauern Minute für Minute einen hautnahen und persönlichen Einblick in den Fortgang eines Lithium-Ionen-Batteriebrandes zu ermöglichen. Mit Hilfe von VTEC Laboratories in der Bronx haben wir in einem feuerfesten Raum, der mit mehreren Kameras ausgestattet war, einen E-Scooter-Akku beschädigt.

Aufzeichnungen der Demonstration zeigen, wie die Beeinträchtigung einer einzelnen Batteriezelle im Inneren des Akkus zu einer Kettenreaktion führt, die als „thermisches Durchgehen“ bezeichnet wird. Wenn eine Batteriezelle verbrennt, überträgt sich im Wesentlichen die enorme Wärme auf die nächste Zelle und führt dazu, dass diese Feuer fängt. Diese Wärme wird dann auf die nächste Zelle übertragen und so weiter.

„Thermisches Durchgehen bedeutet, dass die Batterie in die Zünd- und Verbrennungsphase übergeht und diesen Prozess so lange fortsetzt, bis sie ihre gesamte Energie verbraucht“, sagte Neil Schultz, Geschäftsführer von VTEC Laboratories. „Während dieser Zeit gibt es viel Wärme und hohe Temperaturen ab und ist eine gute Zündquelle für andere Objekte in seiner Umgebung oder in Kontakt mit ihm.“

Die Videodemonstration zeigte auch, warum Brände von Lithium-Ionen-Batterien so trügerisch sein können.

Nach dem Durchstechen der ersten Batteriezelle im Paket entstand zunächst eine Rauchwolke im Raum, doch nach etwa vier Minuten hatte sich der Rauch größtenteils verzogen und es waren keine Flammen mehr zu sehen. Ein ungeübtes Auge hätte daraus schließen können, dass das Feuer erloschen war. Aber der Akku heizte sich immer noch auf, und nach etwa fünf Minuten platzte die nächste Akkuzelle, was das Feuer erneut entfachte und wiederum in der Nähe befindliche Pappe in Brand setzte.

Von diesem Zeitpunkt an dauerte es immer weniger Zeit, bis jede einzelne Batteriezelle überhitzte und Feuer fing.

Ungefähr 11 Minuten nach Beginn der Demonstration führte die Kaskade überhitzter Zellen zu einer letzten Explosion, die so heftig war, dass die Ausrüstung, die den Akku festhielt, zerstört wurde.

Das Konzept, Batteriezellen zu durchstechen, um zu modellieren, was bei einem Brand einer Lithium-Ionen-Batterie passiert, ist nicht neu. Im Jahr 2020 förderte das US-Verkehrsministerium eine Forschung mit dem Durchstoßtest, um festzustellen, ob die Abdeckung von Batteriezellen mit einem leicht feuchten, schwammigen Material Flammen unterdrücken könnte. Dr. James Quintiere, der Hauptforscher der Studie und Experte für Brandschutztechnik an der University of Maryland, sagte, der Test sei erfolgreich gewesen.

„Das Wasser im Schwamm beginnt an der Oberfläche der Batterie zu kochen, kühlt dann die Batterie ab und unterdrückt die Landebahnreaktion innerhalb der Batterie“, sagte Quintiere.

Es ist wichtig zu betonen, dass sowohl bei Quintieres Experiment als auch bei der I-Team/Investiga-Demonstration Batteriezellen absichtlich beschädigt wurden und nicht von selbst Feuer fingen. Es ist jedoch nicht schwer, sich vorzustellen, dass ein gewisser Prozentsatz der Batterien von E-Bikes oder E-Scootern auf stark befahrenen Straßen in der Stadt kaputt geht oder kaputt geht, was zu einem erhöhten Brandrisiko führt.

Nach Angaben des New Yorker Bürgermeisteramts verursachten Batterien in E-Bikes und E-Scootern im Jahr 2022 220 Brände, gegenüber nur 44 Bränden im Jahr 2020. In den ersten beiden Monaten dieses Jahres hatten Brände von Lithium-Ionen-Batterien bereits zwei Menschenleben gefordert und verursacht 40 Verletzungen.

Eine Gruppe namens Los Deliveristas Unidos drängt NYC nun dazu, einen neuen Mindestlohn für Lieferarbeiter einzuführen – von denen viele auf E-Bikes angewiesen sind – zum Teil, weil ihnen ein höheres Einkommen den Kauf zertifizierter Akkus ermöglichen würde, die tendenziell sicherer sind, aber auch teurer.

„Viele Zulieferer könnten in sicherere Batterien investieren, wenn sie tatsächlich einen angemessenen Lohn bekämen“, sagte Ligia Guallpa, Direktorin des Workers Justice Project, einer gemeinnützigen Organisation in Brooklyn, die sich für Niedriglohnarbeiter, meist Einwanderer, einsetzt.

Brandexperten haben oft ihre Besorgnis darüber geäußert, dass die meisten Brände von Lithium-Ionen-Batterien mit billigeren Aftermarket-Ladeadaptern und nicht zertifizierten Ersatzteilen beginnen.

George Kerchner, ein Sprecher von PRBA – der wiederaufladbaren Batterievereinigung, einer Handelsgruppe, die viele Anbieter und Hersteller von Lithium-Ionen-Batterien vertritt – sagte, dass Aftermarket-Batterien nicht mit Markenbatterien verwechselt werden sollten, die sorgfältig auf Ladeadapter abgestimmt und Tests unterzogen wurden Zertifizierung.

„Es ist wichtig zu erkennen, dass viele Standards (z. B. UL) einen ‚Systemansatz‘ für die Sicherheit verfolgen, der die Prüfung der Batterie, des Ladegeräts und des Geräts vorschreibt“, sagte Kerchner. „Nachrüstbatterien minderer Qualität, gefälschte und nachgeahmte Batterien sowie Ladegeräte, die nicht den Spezifikationen entsprechen, stellen für bestimmte Anwendungen ein erhebliches Problem dar.“

Kerchner sagte, er halte es nicht für realistisch, alle Batterien mit feuerfesten Abdeckungen – wie zum Beispiel dem Schwammmaterial – auszuliefern. Er sagte jedoch, dass Akteure in der Lithium-Ionen-Batterieindustrie umfangreiche Untersuchungen zu Möglichkeiten zur Minderung des Brandrisikos durchgeführt hätten und die Unternehmen neue Brandschutzvorschriften sowohl auf Bundes-, Landes- als auch auf kommunaler Ebene erwarteten.

In New York City unterzeichnete Bürgermeister Eric Adams kürzlich ein Gesetzespaket zur Regulierung von Lithium-Ionen-Batterien. Auf Bundesebene haben der Abgeordnete Ritchie Torres (D-Bronx), Senator Chuck Schumer (D-New York) und Senatorin Kristen Gillibrand (D-New York) kürzlich Gesetze vorangetrieben, die landesweite Standards für die Prüfung und Zertifizierung schaffen würden von E-Bike- und E-Scooter-Batterien.

„Die schiere Geschwindigkeit und das Ausmaß dieser Brände und Explosionen sind atemberaubend“, sagte Torres. „Auf Bundesebene besteht der Skandal nicht darin, dass wir es versäumen, die Sicherheit dieser Batterien zu regulieren. Der Skandal besteht darin, dass wir es nicht einmal versuchen.“