Marcel Held ist Elektro-Ingenieur und Akku-Spezialist bei der Materialforschungsanstalt Empa in Dübendorf. Er nimmt uns für die Versuche zum Sprengstand der Empa mit, wo früher Tests mit Sprengstoff durchgeführt wurden. Im Freien bereitet er den Versuch vor. Er stellt eine Heizplatte auf und verbindet einen Temperatur-Sensor mit seinem Computer.
Wie reagiert ein Akku auf Hitze?
Held legt nun einen gängigen Handy-Akku auf die Heizplatte, einen Lithium-Ionen-Akku, und versieht diesen mit einem Temperatur-Sensor. Wie der Akku reagieren wird, weiss auch der Spezialist noch nicht. Er erwartet, dass sich Gase bilden und zeigt uns einen runden Kratzer auf der Oberfläche der Batterie – die Sollbruchstelle. Dort sollen Gase entweichen können, ohne dass das Gehäuse explodiert.
Held heizt nun die Platte während fast einer Stunde kontinuierlich auf, von anfänglich 50 auf 280 Grad. Schon nach kurzer Zeit verbiegt sich der Akku, liegt nicht mehr flach auf der Platte und nimmt deshalb weniger Wärme auf. Durch den Wind wird die Oberfläche ausserdem gekühlt – ein weiterer Grund, warum der Akku relativ lange der Hitze standhält.
Im Inneren bilden sich trotzdem Gase, die nach 55 Minuten mit einem lauten Zischen über die Sollbruchstelle des Akkus entweichen. Danach geht der Akku in Flammen auf; der Sensor misst eine Temperatur von mehr als 370 Grad. In diesem Zustand möchte man die Batterie nicht mit sich herumtragen.
Was bewirkt ein Kurzschluss im Akku?
Es gibt ein einfaches Rezept, um einen Kurzschluss im Inneren eines Akkus zu simulieren: Beim sogenannten Penetrationstest schlägt man einfach einen Nagel durch die Batterie. Auch bei diesem Versuch kann Marcel Held noch nicht abschätzen, wie der Handy- Akku reagieren wird. Er zieht sich deshalb dicke Handschuhe über und schützt sein Gesicht mit einer Maske, bevor er den Kurzschluss auslöst.
Der Nagel zerstört Trennwände im Inneren der Batterie; sie entlädt sich unkontrolliert. Diese chemischen Prozesse heizen sie auf. Schon nach einer halben Minute beträgt die Temperatur an der Oberfläche 100 Grad. Mehr passiert zwar nicht, doch auch in diesem Zustand möchte man den Akku nicht in der Hand halten.
Den gleichen Versuch wiederholt Marcel Held nun mit einem Lithium-Polymer-Akku: eine grössere Batterie, die vor allem im Modellbau beliebt ist. Der Spezialist erwartet hier eine heftigere Reaktion als beim Handy-Akku. Und tatsächlich: Diesmal lässt die Reaktion nur wenige Sekunden auf sich warten. Wie ein kleines Feuerwerk geht die Batterie in Flammen auf und erhitzt sich auf über 300 Grad.
Gefahren und Vorteile
Ein Kurzschluss kann in einem Akku durch kleinste Partikel verursacht werden, die bei der Produktion ins Innere der Batterie gelangen. Handy-Hersteller empfehlen deshalb, nur Marken-Akkus der jeweiligen Hersteller zu verwende. Ob diese teureren Batterien qualitativ besser und sicherer sind, wurde nie systematisch überprüft, so Held. Er weist zudem darauf hin, dass gefälschte Akkus im Umlauf sind: Billig-Produkte, die als Markenartikel daherkommen.
Es gibt auch keine offiziellen Zahlen, wie häufig Akkus wirklich in Flammen aufgehen. Auch wenn man immer wieder von Spontan-Entzündungen liest, darf man nicht vergessen, dass laut der Zeitschrift The Economist jährlich rund sechs Milliarden Lithium-Ionen-Akkus produziert werden.
Die enorme Verbreitung der Lithium-Ionen-Akkus erklärt sich durch die Vorteile gegenüber älteren Technologien:
- Die Akkus speichern doppelt so viel Energie wie Nickel-Cadmium-Akkus und vier Mal mehr als Blei-Batterien.
- Bei Nichtgebrauch entladen sich die Akkus nur langsam.
- Es gibt keinen Memory Effekt: Komplettes Entladen vor dem Aufladen ist überflüssig.
- Die Entsorgung gilt als weniger belastend für die Umwelt.
