Warum explodieren Lithium-Ionen-Akkus?

Obwohl Lithium-Ionen-Batterien insgesamt unglaublich sicher sind, fangen sie sehr selten Feuer oder explodieren. Wenn es passiert, wie bei Samsungs Galaxy Note 7 Fiasko oder HPs neuerer Laptop-Rückruf, es ist immer eine große Neuigkeit. Was ist also los und warum gehen Batterien manchmal mit einem Knall aus? Lass es uns herausfinden.

Wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterien – die Art von Batterie, die sich in Ihrem Laptop, Telefon, Tablet und so ziemlich jedem anderen modernen Gerät befindet, das Sie besitzen, sowie in Elektroautos und Flugzeugen – sind für die Revolution der tragbaren Geräte verantwortlich. Ohne Lithium-Ionen-Batterien könnte ich diesen Artikel nicht in einem Café schreiben; Stattdessen müsste ich die ganze Zeit an eine Stromquelle angeschlossen sein.

Was steckt in einem Lithium-Ionen-Akku?

Um zu verstehen, warum Lithium-Ionen-Akkus manchmal versagen, müssen Sie wissen, was unter der Haube vor sich geht. In jeder Lithium-Ionen-Batterie befinden sich zwei Elektroden – die positiv geladene Kathode und die negativ geladene Anode –, die durch eine dünne Folie aus „mikroperferiertem“ Kunststoff getrennt sind, die die beiden Elektroden vor Berührung bewahrt. Beim Laden einer Lithium-Ionen-Batterie werden Lithium-Ionen durch Elektrizität von der Kathode durch die Mikroperferationen im Separator und eine elektrisch leitende Flüssigkeit zur Anode geschoben. Wenn sich die Batterie entlädt, passiert das Umgekehrte, wobei die Lithiumionen von der Anode zur Kathode fließen. Dies ist die Reaktion, die Ihren Laptop antreibt.

Kleine Akkus, wie sie in Smartphones zu finden sind, haben meist nur eine einzige Lithium-Ionen-Zelle. Größere Akkus wie in Laptops haben normalerweise zwischen 6 und 12 Lithium-Ionen-Zellen. Die Batterien in Elektroautos und Flugzeugen können Hunderte von Zellen haben.

Was lässt einen Lithium-Ionen-Akku explodieren?

Was Lithium-Ionen-Akkus so nützlich macht, ist, was ihnen auch die Fähigkeit verleiht, Feuer zu fangen oder zu explodieren. Lithium ist wirklich großartig, um Energie zu speichern. Wenn es als Rinnsal freigegeben wird, versorgt es Ihr Telefon den ganzen Tag. Wenn es auf einmal losgelassen wird, kann der Akku explodieren.

Diese Lithium-Ionen-Batterie einer Boeing 787 von Japan Airlines fing 2013 Feuer.

Die meisten Brände und Explosionen von Lithium-Ionen-Batterien sind auf Kurzschlüsse zurückzuführen. Dies geschieht, wenn der Kunststoffseparator versagt und Anode und Kathode sich berühren. Und sobald diese beiden zusammenkommen, beginnt die Batterie zu überhitzen.

Es gibt eine Reihe von Gründen, warum das Trennen fehlschlagen kann:

• Schlechte Konstruktions- oder Herstellungsfehler: Der Akku ist schlecht konstruiert, wie beim Galaxy Note 7. In diesem Fall war nicht genug Platz für die Elektroden und den Separator in der Batterie. Bei einigen Modellen verbogen sich die Elektroden, wenn sich der Akku beim Laden etwas ausdehnte, und verursachten einen Kurzschluss. Selbst ein gut konstruierter Akku kann versagen, wenn die Qualitätskontrolle nicht streng genug gehalten wird oder ein Herstellungsfehler vorliegt.
• Externe Faktoren: Extreme Hitze führt fast garantiert zu einem Ausfall. Es ist bekannt, dass Batterien, die zu nahe an einer Wärmequelle liegen oder in ein Feuer geraten sind, explodieren. Auch andere externe Faktoren können zum Ausfall eines Lithium-Ionen-Akkus führen. Wenn Sie Ihr Telefon zu hart (oder zu oft) fallen lassen, besteht die Möglichkeit, dass Sie den Separator beschädigen und die Elektroden berühren. Wenn Sie die Batterie durchbohren (entweder aus Versehen oder absichtlich), dann verursachen Sie mit ziemlicher Sicherheit einen Kurzschluss.

• Probleme mit dem Ladegerät: Auch ein schlecht verarbeitetes oder schlecht isoliertes Ladegerät kann einen Lithium-Ionen-Akku beschädigen. Wenn das Ladegerät einen Kurzschluss verursacht oder in der Nähe des Akkus Hitze erzeugt, kann es genug Schaden anrichten, um einen Ausfall zu verursachen. Aus diesem Grund empfehlen wir, nur offizielle Ladegeräte zu verwenden (oder zumindest hochwertige Ladegeräte von namhaften Herstellern). Lithium-Ionen-Akkus verfügen über eingebaute Schutzfunktionen, um ein Überladen zu verhindern. Obwohl diese Sicherheitsvorkehrungen sehr selten sind, ist Überladen eine gute Möglichkeit, eine Batterie zu überhitzen.
• Thermal Runaway und mehrere Zellen: Obwohl es für Einzelzellenbatterien, wie sie in den meisten Smartphones zu finden sind, nicht relevant ist (das iPhone X hat tatsächlich zwei Zellen), muss nur eine Batteriezelle ausfallen, damit die gesamte Batterie funktioniert. Sobald eine Zelle überhitzt, entsteht ein Dominoeffekt, der als „thermisches Durchgehen“ bezeichnet wird. Für Batterien mit Hunderten von Zellen – wie die im Tesla Model S – hat das thermische Durchgehen das Potenzial, ein wirklich großes Problem zu sein.

Auch wenn die Untersuchung, warum Batterien manchmal ausfallen, ein erschreckendes Bild ergibt, sind Lithium-Ionen-Batterien eine sichere und ausgereifte Technologie. Die Tatsache, dass es immer eine Neuigkeit ist, wenn eine Batterie unerwartet explodiert, zeigt, wie selten solche großen Ausfälle sind. Batteriehersteller treffen viele Sicherheitsvorkehrungen, um den Ausfall von Batterien zu verhindern oder zumindest den Schaden zu mindern, den ein Ausfall verursachen kann.

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