Elektromobilität Damit Lithium-Batterien sicher unterwegs sind

Künftig sollen mehr und mehr Elektrofahrzeuge, die als wichtiger Baustein der Energiewende gelten, auf Deutschlands Straßen fahren. Vor allem Lithium-Batterien überzeugen als elektrochemische Speichersysteme und sind zurzeit der Standard für Elektroautos. "Wenn es um viel Energie und deren Speicherung geht, ist damit natürlich auch ein Risiko verbunden", sagt Dr. Anita Schmidt, Chemikerin im Fachbereich Gefahrgutverpackungen. Lithium-Batterien sind ein Schwerpunktthema ihrer Arbeit. Das liegt unter anderem daran, dass der Transport von Lithium-Batterien, die so beschädigt sind, dass sie gefährlich reagieren können, behördlich genehmigt werden muss. In Deutschland übernimmt die BAM diese Aufgabe. Sie legt Kriterien für den Transport von solchen defekten und beschädigten Batterien fest. Nur wenn die erfüllt sind, ist der Transport zulässig. Außerdem genehmigt die BAM den Transport unverpackter, noch nicht geprüfter Prototypen.

Nicht grundsätzlich gefährlich, aber …

Der Einsatz von Lithium-Batterien ist unbedenklich – vorausgesetzt, sie werden sachgerecht verwendet. Geraten Elektroautos in Brand, konzentriert sich der Verdacht allerdings schnell auf die Batterie. "Meistens ist dem Brand eine mechanische Schädigung der Lithium-Batterie vorausgegangen, zum Beispiel durch einen Unfall. Der Brand muss dann nicht sofort ausbrechen, das kann auch einige Zeit später passieren", erklärt Schmidt.

Solch ein "thermisches Durchgehen" der Batterie nach mechanischer Schädigung oder Erhitzung kann unterschiedliche Ursachen haben. Neben mechanischen Einflüssen, Feuer und Hitze kommen beispielsweise auch ein Kurzschluss, eine Tiefenentladung oder eine Überladung infrage. "Ist die Temperatur – abhängig vom Batterietyp – bei etwa 150 Grad Celsius angelangt, wird ein ‚point of no return‘ überschritten", erläutert Anita Schmidt. "Dann startet der Prozess des thermischen Durchgehens und die Batterie kann sich entzünden." Allerdings, so betont Schmidt, sind im Brandfall Elektroautos mit Lithium-Ionen-Antriebsbatterien auf vergleichbarem Sicherheitsniveau wie Fahrzeuge mit Benzin- oder Diesel-Verbrennungsmotor. Denn auch Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor können bei Unfällen im Extremfall in Flammen aufgehen.

Neben einem thermischen Durchgehen, der von Lithium-Batterien ausgehenden Hauptgefahr, birgt auch die hohe elektrische Spannung ein Risiko, denn Batterien für den Elektroantrieb von Autos haben mindestens 300 bis 400 Volt – Tendenz steigend.

Sicherheit im Fokus

Somit ist klar, dass so stark beschädigte Lithium-Batterien, die zu einer gefährlichen Reaktion, Flammbildung oder zum Ausstoß giftiger oder entzündbarer Gase neigen können, nur unter ganz speziellen Sicherheitsanforderungen transportiert werden dürfen. Diese Bedingungen werden auf Basis wissenschaftlich fundierter Kenntnisse festgelegt. Derzeit untersucht beispielsweise ein interdisziplinäres Wissenschaftsteam der BAM, welche Stoffe in welchen Mengen tatsächlich im Schadensfall austreten können. Die BAM hat dafür auf ihrem Testgelände Technische Sicherheit (TTS) eigens einen Teststand für Brandversuche errichtet. "Uns geht es vor allem um die Sicherheit der Lithium-Ionen-Batterien, weniger um die Entwicklung neuer Batterietypen", erläutert Anita Schmidt. "Das unterscheidet uns von anderen Forschungseinrichtungen, die sich mit Lithium-Batterien befassen."

Der nächste Schritt: internationale Vorgaben für Transportverpackungen

Die Erkenntnisse aus den Versuchen sollen auch über die Weiterentwicklung der Regelwerke und Gesetze zu mehr Sicherheit führen. "Sinnvoll wäre eine Einstufung nach Gefährlichkeit, da manche Batterien thermisch durchgehen und explodieren, andere brennen und wieder andere nur ausrauchen", betont Schmidt. Die Einteilung wird in einer neuen Arbeitsgruppe des zuständigen Gremiums bei den Vereinten Nationen (UN) in Genf ausgearbeitet, in der auch Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der BAM mitarbeiten. Denn wie Lithium-Batterien prinzipiell zu transportieren sind, ist in den internationalen Empfehlungen der UN beschrieben. Die Empfehlungen werden dann regional in Recht umgesetzt, in Europa beispielsweise in das "Europäische Übereinkommen über die internationale Beförderung gefährlicher Güter auf der Straße", kurz: ADR.

2019 wird es im ADR neue Vorgaben geben, wie Schmidt erklärt: "Es gibt neue sogenannte Verpackungsanweisungen für defekte Lithium-Batterien, die beim Transport gefährlich werden können. Darin wird festgelegt, welche Anforderungen Verpackungen erfüllen und wie die Verpackungen geprüft werden müssen." Auch hier ist die BAM die zuständige Behörde für die Anerkennung der Prüfverfahren.