Löscht in 0,4 Sekunden 20.01.2017, 12:08 Uhr

Neuer Brandschutz für Lithium-Ionen-Akkus

Hilfe, mein Smartphone brennt: Spätestens seit der Handy-Katastrophe von Samsungs Galaxy Note 7 wissen Verbraucher, dass Lithium-Ionen-Akkus Feuer auslösen können. Jetzt melden US-Forscher die Lösung: Ein Bauteil, das bei Überhitzung ein Flammschutzmittel freisetzt, soll künftig Explosionen verhindern. 

Lithium-Ionen-Akkus werden immer leistungsfähiger. Bislang besteht aber immer noch ein nicht zu unterschätzendes Risiko, dass sie bei Überhitzung in Brand geraten. US-Forscher haben jetzt einen neuen Brandschutz entwickelt.

Lithium-Ionen-Akkus werden immer leistungsfähiger. Bislang besteht aber immer noch ein nicht zu unterschätzendes Risiko, dass sie bei Überhitzung in Brand geraten. US-Forscher haben jetzt einen neuen Brandschutz entwickelt.

Foto: Empa TV

Überhitzte Lithium-Ionen-Akkus können brennen und im schlimmsten Fall sogar explodieren. Schuld daran sind die brennbaren Elektrolyte, über die der Elektronenaustausch zwischen Kathode und Anode abläuft. Und dabei stecken Lithium-Ionen-Batterien in Smartphones, Tablets und Kameras, aber auch in Elektroautos.

Brandrisiko besteht trotz Schutzmechanismen weiter

Das Problem ist den Herstellern bekannt, und sie setzen seit Jahren verschiedene Schutzmechanismen ein, um das Risiko von Akkubränden zu reduzieren. So gibt es integrierte Frühwarnsysteme, automatische Ausschalter oder es wird Flammschutzmittel zum Elektrolyt zugegeben. Trotzdem: „Ein Brandrisiko besteht noch immer“, erklärt Kai Lui von der Stanford University.

Verbundgewebe aus zweischichtigen Mikrofasern.

Verbundgewebe aus zweischichtigen Mikrofasern.

Quelle: Liu et al./ Science Advances

Jüngstes Beispiel sind die Smartphones der Marke Galaxy Note 7, die nicht in den Griff zu bekommen waren. Samsung musste die Produktion seines Flagschiff-Handys stoppen und bereits verkaufte Geräte zurückrufen.

Lui und sein Team haben nach eigenen Angaben „ein neuartiges, raffiniertes Batteriebauteil entwickelt“. Dieser Separator reagiert sofort, wenn die Batterien überhitzen, indem er das Flammschutzmittel Triphenylphosphat (TPP) ausschüttet. Das Besondere: Im Gegensatz zu bisherigen Schutzmechanismen wird im Normalbetrieb die Leistung des Akkus nicht beeinträchtigt.

Dafür setzen die Forscher ein poröses Verbundgewebe aus zweischichtigen Mikrofasern ein. Es enthält nur im Kern TPP. Außen schirmt eine Polymerschicht mit niedrigem Schmelzpunkt das Flammschutzmittel vom Elektrolyt ab.

Flammen in Sekundenbruchteilen gelöscht

Wird der Akku zu heiß und der – niedrige – Schmelzpunkt des Polymers erreicht, schmelzen die Mikrofasern und das zuvor eingekapselte TTP tritt aus, beschreiben die Forscher den Vorgang in der Fachpublikation Science Advanced.

Spätestens bei Temperaturen von 160 °C wurde das Flammschutzmittel TTP bei den Laborversuchen komplett in das Elektrolyt ausgeschüttet. Selbst als die Forscher im Experiment das Ganze noch anzündeten, wurden die Flammen rasend schnell gelöscht: innerhalb von 0,4 Sekunden.

Bei normalem Betrieb ist das Flammschutzmittel als Kern in den Separatorfasern eingeschlossen. Überhitzt der Akku schmilzt die Hülle und das TPP macht den Elektrolyt unbrennbar.

Bei normalem Betrieb ist das Flammschutzmittel als Kern in den Separatorfasern eingeschlossen. Überhitzt der Akku schmilzt die Hülle und das TPP macht den Elektrolyt unbrennbar.

Quelle: Liu et al./ Science Advances

Für die Wissenschaftler steht fest: Mit ihrer Erfindung lässt sich die Gefahr brennender Akkus in den Griff bekommen. „Mit diesem smarten und anpassungsfähigen Separator müssen wir zudem keine Kompromisse mehr eingehen zwischen der elektrochemischen Leistung der Batterie und einem Schutz vor der Entflammbarkeit des Elektrolyts.

Smartphone nicht im Bett aufladen

Aber auch die Nutzer selbst können etwas dafür tun, dass Smartphone, Tablet und Co. nicht in Brand geraten: indem sie zum Beispiel ihre Handys nicht im Bett aufladen.

Mit solchen Bildern warnte die New Yorker Polizei davor, Handys im Bett aufzuladen. Die Akkus können wegen des Hitzestaus unter einem Kissen explodieren. 

Mit solchen Bildern warnte die New Yorker Polizei davor, Handys im Bett aufzuladen. Die Akkus können wegen des Hitzestaus unter einem Kissen explodieren.

Quelle: NYPD

Davor warnte sogar die New Yorker Polizei schon über Twitter.

 

Von Martina Kefer

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