Festkörperbatterien / Festkörperakkus sind einer Brandgefahr ausgesetzt und brennen doch!
Bisher wurden Festkörperbatterien als sicher gegen Brände angesehen. Neueste Erkenntnisse zeigen jedoch, dass sie in noch größerem Maße gefährdet sind. Während Lithium-Ionen-Batterien flüssige Elektrolyten verwenden, setzen Feststoffbatterien in der Regel auf anorganische oder keramische Elektrolyten.
Die Temperatur, bei der es zu einem thermischen Durchgehen in herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien mit flüssigen Elektrolyten kommt, liegt zwischen 1.000 °C und 1.200 °C. In einigen Szenarien der Forschung des Sandia National Laboratories aus dem Jahr 2022 (Hewson et al., Joule, Vol. 6, Issue 4, S. 742-755) wurde festgestellt, dass die Temperatur einer Festkörperbatterie auf etwa 1.800 °C ansteigen kann.
Für den passiven Brandschutz in Festkörperbatterien kommen verschiedene Materialien zum Einsatz, wie Glimmerplatten, Keramiküberzüge, Einkapselungsschaum und feuerhemmende Beschichtungen. Viele dieser Materialien halten jedoch Temperaturen über 1.500 °C nicht stand.
Brandbekämpfungsmaßnahmen:
Daher ist es von entscheidender Bedeutung, diese extremen Temperaturen im Falle eines Brandes mit geeigneten Löschanlagen zu kontrollieren oder zu löschen, um eine weitere Ausbreitung des Feuers zu verhindern. Löschsysteme zur Sauerstoffreduzierung (Stickeffekt) sind jedoch als ungeeignet ausgeschlossen. Es ist erforderlich, die Temperatur schnell auf einen Bereich zu senken, in dem kein weiteres Entzünden möglich ist (Kühleffekt).
Im Kontext eines großflächigen Festkörperbatteriespeichers erscheinen folgende Löschverfahren als wirksam:
- Konventionelles Sprühflut-Löschverfahren (1)
- Hierbei erfolgt durch den Wärmeaustausch mit Sprühwasser eine rasche Abkühlung. Allerdings werden große Mengen Wasser benötigt (über 600 m³ kontaminiertes Wasser), dessen Entsorgung kostenintensiv ist.
- CO2-Löschverfahren (2)
- Bei diesem Verfahren werden Düsen, deren Austrittstemperatur ca. -78 °C beträgt, flächendeckend dicht über der Batterie platziert. Dies führt zu einer starken Wärmebindung. Die Bevorratung sollte in einem großen Tank erfolgen, da eine Lebensgefahr für das Personal besteht.
- Kompaktschaum-Feuerlöschanlage (3)
- Dieses Verfahren basiert auf einem starken Kühleffekt und kühlt zwölfmal schneller als Sprühwasser, bei gleichzeitig reduziertem Wasserverbrauch und nur 0,5 % Schaummittel-Zumischung (siehe www.brandschutz-knopf.de).
Fazit:
Die Löschverfahren 2 und 3 sollten hinsichtlich ihrer Löschfähigkeit durch entsprechende Versuche validiert werden.
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