Samsung Smartphone Galaxy Note 7 - abgebrannt
Bildrechte: MITTELDEUTSCHER RUNDFUNK

Eingebauter Brandschutz Nie wieder explodierende Akkus?

Lithium-Ionen-Akkus - sie sind die Basis unserer mobilen, digitalen Gesellschaft. Aber sie haben ein Sicherheitsproblem. Werden sie beschädigt, zu heiß oder zu kalt, können sie brennen oder sogar explodieren. Amerikanische Forscher haben jetzt eine Lösung dafür entwickelt – eine Art integriertes Brandschutz-System.

Samsung Smartphone Galaxy Note 7 - abgebrannt
Bildrechte: MITTELDEUTSCHER RUNDFUNK

Ein ausgebranntes Elektroauto. Ein Flugzeug, das wegen Akku-Problemen keine Genehmigung bekommt. Ein Smartphone, das explodiert. Meldungen wie diese haben uns das Problem in den letzten Jahren immer wieder klar gemacht. Lithium-Ionen-Akkus haben immer noch ein Sicherheits-Risiko. Wissenschaftler auf der ganzen Welt tüfteln seit Jahren an Lösungen dafür. Dabei geht es vor allem um den Stoff, der als Separator zwischen den beiden Elektrodenräumen der Akkus fungiert. Er muss leitfähig sein, aber gleichzeitig auch beide Elektroden voneinander trennen, unerwünschte Stromflüsse – etwa bei Kurzschlüssen - verhindern und möglichst selbst nicht brennbar sein.

Risiko bleibt, Energie sinkt

Genau darauf hat sich das Forscherteam um Kai und Wei Liu von der Stanford Universität (Kalifornien) konzentriert und einen neuen Lösungsansatz entwickelt. Denn trotz aller bisherigen Anstrengungen wie interner Schutzhüllen, Flammschutz oder integrierter Abschalter bleibe das Risiko bestehen, so Kai Liu. "Darüber hinaus sinkt durch diese Maßnahmen meist die Energiedichte und Ionenleitfähigkeit, was die Leistung der Batterien mindert", schreiben die Forscher in Fachblatt “ScienceAdvances“.

Die Idee der US-Forscher funktioniert so: Der normale Separator wird ersetzt durch ein neues Bauteil. Das lässt ebenfalls den Stromfluss zu, ist mikroporös wie die Schichten bisher auch, enthält jedoch in seinen Fasern das Flammschutzmittel Triphenylphosphat (TPP). Die Fasern  werden mit einer Polymerschicht überzogen, die zwar einen niedrigen Schmelzpunkt hat, so die Forscher, aber "im normalen elektrochemischen Umfeld des Batterieinneren inert (untätig) und stabil“ ist. Dabei reagiert er wie normale Separatoren. Wenn der Akku allerdings anfängt zu überhitzen, verändert sich der Stoff sofort und setzt das einkapselte TTP frei. Das sorgt dafür, dass mögliche Flammen umgehend gelöscht werden. Im Versuch klappte das bereits bei einer Temperatur von 160 Grad.

Sicherheitshinweise des Umweltbundesamtes Lithium-Ionen-Akkus sind prinzipiell sicher, sagt das Umweltbundesamt. Rät allerdings trotzdem zu Vorsicht beim Umgang. Denn:
• Durch mechanische Beschädigungen können gasförmige oder flüssige Stoffe austreten, welche stark reizend, brennbar oder sogar giftig sein können.
• Ein elektrischer Fehler, z.B. ein Kurzschluss durch Produktionsfehler, kann zur Überhitzung und zum Brand führen.
• Auch schon die äußere Erwärmung einer Lithium-Batterie, z.B. durch Sonneneinstrahlung oder Heizung, kann zum Brand oder zur Explosion führen.

Alternative Kevlar

Die Forscher glauben an einen Erfolg ihrer Methode. "Mit diesem smarten und anpassungsfähigen Separator müssen wir keine Kompromisse mehr eingehen zwischen der elektrochemischen Leistung der Batterie und einem Schutz vor der Entflammbarkeit des Elektrolyts." Aber sie sind natürlich nicht die einzigen, die zum Thema Akku-Sicherheit forschen. Experten der Universität Michigan haben vor einiger Zeit Kevlar - den Stoff aus dem z.B. schusssichere Westen sind – vorgeschlagen. Als hauchdünne Fasern könnte das besonders hitzebeständige Kevlar unerwünschte Stromflüsse verhindern und so das Risiko von Bränden minimieren. Nach Angaben der forscher gibt es bereits Interesse aus der Wirtschaft.

Über diese Thema berichtete MDR Aktuell im Radio | 17.01.2017 | 14:30

Zuletzt aktualisiert: 12. September 2017, 13:35 Uhr