Lithium-Batterien Abbrandversuche

Im Auftrag der ARGE Österreichische Gefahrgutkonferenz fanden am 04.09.2014 in Zusammenarbeit mit der Wiener Berufsfeuerwehr, in 2602 Neurißhof, Abbrandversuche statt.

Getestet wurde das Verhalten von primären und sekundären Batterien im Fall eines Batteriebrandes, inklusive Abfallszenariobetrachtung.

Einheiten

• Grad Celsius: Das Grad Celsius ist eine Maßeinheit der Temperatur.
• Volt: Das Volt ist die im internationalen Einheitensystem (SI) für die elektrische Spannung verwendete Maßeinheit.
• Wattstunden (Wh): Die Wattstunde (Einheitenzeichen: Wh) ist eine Maßeinheit der Arbeit bzw. der Energie. Sie gehört zwar nicht zum internationalen Einheitensystem (SI), ist zum Gebrauch mit dem SI aber zugelassen. Dadurch ist sie eine gesetzliche Maßeinheit. Eine Wattstunde entspricht der Energie, welche ein System (z. B. Maschine, Mensch, Glühlampe) mit einer Leistung von einem Watt in einer Stunde aufnimmt oder abgibt.
  

Klimatische Bedingungen

• Sonnig, 25 Grad Celsius
• Wind leicht und schwach aus östlicher Richtung
  

Anwesende beteiligte Organisationseinheiten

• Firma ENERGIECOMFORT
• Firma Marion Meixner ADR-Software Lösungen, Software & Beratung
• Firma GSSA Mayer-Veit GmbH
• Bundesministerium für Verkehr, Innovationen und Technologie Abteilung IV/ST6 Gefahrgut
• Firma Gelkoh
• Firma Saubermacher
• Wiener Berufsfeuerwehr
• Firma Rekirsch
• Wirtschaftskammer Österreich Bundessparte Transport und Verkehr
• Firma Hellpower GmbH
• Landespolizeidirektion Wien
  

Versuchsreihen

Als Hilfsmittel für die Versuchsreihen wurde (bis auf Versuch 10, 12 und 13) eine handelsübliche elektrische Kochplatte (Leistung 2,5 kW) verwendet. Die Versuche wurden mittels Video aufgezeichnet und fotografisch festgehalten

1. Versuch Li-Ionen Knopfzelle (3V)

Im 1. Versuch wurde eine Knopfzelle auf der Kochplatte erhitzt. Nach 3,5 Minuten kommt es bei einer Temperatur von ca. 225 Grad der Kochplatte zu einer explosionsartigen Auflösung des Zellkörpers.

2. Versuch Li-Ionen Knopfzelle (3V)

Im 2. Versuch wurden 5 Stück Knopfzellen auf der Kochplatte erhitzt. Im Zeitrahmen zwischen 3 und 7 Minuten gingen die einzelnen Knopfzellen explosionsartig zu Bruch. 

• Ca. 3 min: ca. 177 Grad Herdplatte – Explosion der 1. Zelle 

• Ca. 5 min: ca. 180 Grad Herdplatte – Explosion weiterer Zellen
  
• Ca. 7 min: ca. 145 Grad Herdplatte – Explosion der letzten Zelle
  

3. Versuch Lithium Batterien (gelb/blau) (3V)

Im 3. Versuch wurden Lithium Zellen mit 3 Volt geladen auf der Kochplatte erhitzt. Nach bereits knapp 4 Minuten wurde bei ca. 480 Grad Oberflächentemperatur der Kochplatte die erste Zelle (gelb) durch explosionsartiges Ablassen zerstört.

Nach bereits knapp 4 Minuten wurde bei ca. 480 Grad Oberflächentemperatur der Kochplatte die erste Zelle (gelb) durch explosionsartiges Ablassen zerstört. Nach 5 Minuten wurde die 2. Zelle (blau) ebenfalls explosionsartig zerstört. Dabei ist eine Stichflamme wahrnehmbar, es sind brennende Metallstücke zu sehen und eine Oberflächentemperatur der Kochplatte von ca. 500 Grad messbar.

4. Versuch geladener Handy-Akku, Li-Ionen (3,7V | 5,5 Ah | 20,35 Wh)

Im 4. Versuch wurde ein geladener Handy-Akku der Marke Samsung auf der Kochplatte erhitzt. Nach ca. 10 Minuten kam es bei einer Platten-Oberflächentemperatur von ca. 320 Grad zu einer explosionsartigen Verbrennung mit Stichflamme.

5. Versuch geladener Notebook-Akku Li-Ionen (Sechs Zellen| 8V | 7Ah | 56Wh)

Im 5. Versuch wurde ein vollgeladener Notebook Akku der Marke Dell auf der Kochplatte erhitzt. Nach rund 3 Minuten ist eine Rauchentwicklung und ab 5 Minuten eine extrem starke Rauchentwicklung feststellbar. Trotz einer Oberflächentemperatur der Kochplatte von ca. 500 Grad gab es keinerlei Brand, Stichflamme oder Explosion.

6. Versuch Lithium Eisenphosphat Typ E ( Drei Zellen| 3,2V | 10Ah | 32Wh)

Im 6. Versuch wurde ein Akku vom Typ Hellpower Lithium Eisenphosphat in geladener Form auf der Kochplatte erhitzt.

Nach 6 Minuten kommt es durch eine Reaktion innerhalb der Zellen zu einer starken Rauchentwicklung und es ist auch eine Ausdehnung der Oberfläche gut sichtbar. Es kam aber trotz einer Oberflächentemperatur der Kochplatte von ca. 280 Grad zu keinem Brand und keiner Stichflamme oder Explosion.

7. Versuch Lithium Mangan Akku 32V (33,3V | 10Ah | 333Wh)

Im 7. Versuch wurde ein Lithium Mangan Akku der Fa. Hellpower in geladener Form auf der Kochplatte erhitzt. Bemerkenswert ist die ab 5 Minuten extrem stark ansteigende Rauchentwicklung, die bei einer Oberflächentemperatur der Kochplatte von ca. 530 Grad auftritt. Es kam aber zu keinem Brand und keiner Stichflamme oder Explosion.

8. Versuch Lithium Cobalt Akku (36V | 14Ah | 504Wh)

Im 8. Versuch wurde ein E-Bike Akku vollgeladen der Fa. Hellpower Typ A auf der Kochplatte erwärmt. Die Aufzeichnung fand sowohl mittels Video als auch mittels Wärmebildkamera statt.

Nach 6 Minuten und 30 Sekunden konnte bei einer Akkutemperatur (Außenoberfläche) von knapp 100 Grad eine starke Rauchentwicklung beobachtet werden.

Der Abbrand fand dann kurz darauf bei einer Plattentemperatur von über 300 Grad bei 6 Minuten und 45 Sekunden statt. Dabei entstand eine Stichflamme in einer Dimension von knapp 1,8m Länge. Ein Auseinanderbrechen der brennenden Teile und weitere Brandreaktionen der nächsten Zellen folgten dann ca. bis zur 8. Minute.

9. Versuch Lithium Metall Primär Zelle Größe D (orange) (3,6V | 14Ah | 50,4Wh) – Kurzschlusstest – Keine Reaktion

Test negativ verlaufen. Bei dem aufgebauten Versuch konnte nach längerer Wartezeit keine Reaktion/kein Kurzschluss der Primär Zelle Typ D erzeugt werden. Bis auf einen ganz leichten Temperaturanstieg gab es keine Reaktion.

10. Versuch Lithium Metall Primär Zelle Größe D (orange) (3,6V | 14Ah | 50,4 Wh)

Im 10. Versuch fand die Erwärmung einer Lithium Metall Primär Zelle in der Größe D statt. Dabei wurde die Zelle auf eine neu aufgestellte Kochplatte gestellt. Die Zelle zeigte eine kurze Reaktion in Form von Ablassen des Elektrolyt bei einer Temperatur der Batterie der Zelle über 200 °C. Danach fiel die Temperatur wieder unter 190°C ab und explodierte schlagartig nach 14 Minuten und 35 Sekunden bei einer Oberflächentemperatur von ca. 215 Grad Celsius.

Die Explosionskraft und Druckwelle war schlagkräftig und ohrenbetäubend. Die Brandtemperatur des Akkus stieg bei bzw. nach der Explosion schlagartig auf 580 Grad Celsius. Es waren nur wenige Bruchstücke der Zelle auffindbar, diese jedoch durch Abschirmung im engeren Umkreis. Die verwendete Kochplatte wurde durch die druckwellenartige Explosion in die Luft geschleudert und zerstört.

11. Versuch Kiste mit div. Abfallbatterien und 3 Stk. Lithium Batterien (3,7V | 2,2Ah | 8,1Wh)

Im 11. Versuch wurde eine 4G-Kiste mit diversen Abfällen (Lithium Primär-Zellen) und 3 Lithium-Ionen-Akkus vom Typ SE US 18650V (3 Stück 3,7V | 2,2Ah | 8,1Wh) in geladener Form zusammengepackt. Die Kiste wurde mit ca. 9 Liter Vermiculit aufgefüllt.

Die Kiste wurde mittels Kartuschenbrenngerät (Gasbrenner) 6 Minuten lang unter Brand gesetzt. Nach bereits 4 Minuten kam es unter Flammentwicklung zu einer Reaktion der verpackten Zellen, wobei auch die Außenverpackung beschädigt und abgebrannt war. Bis zur 17. Minute kam es immer wieder noch zu Abbrandreaktionen einzelner Zellen unter mäßiger Rauchentwicklung. Festgestellt wurde eine eingeschränkte Reaktion die auf das Füllmaterial Vermiculit zurückgeführt werden kann.

12. Versuch Lithium Akku (36V | 12Ah | 432 Wh)

Im 12. Versuch wurde ein Lithium Mangan Akku mit 36Volt | 12Ah | 432 Wh geladen mittels Gasbrenner 2 Minuten lang unter Brand gesetzt. Nach 6 Minuten kam es zu starker Rauchentwicklung und einer Zellreaktion innerhalb des Akkus. Nach 8 Minuten konnte ein Abbrand der Zellen unter Flammenentwicklung festgestellt werden.

Stand: 04.12.2015