thermisches Durchgehen von Lithium-Ionen-Akkus

[luca.bluhm]

MOIN MOIN!

Ich muss eine Facharbeit zum Thema Brandgefahren und Brandbekämpfung bei Lithium-Ionen-Akkumulatoren verfassen.
Beim Aspekt des "thermal-runaway" bin ich nur leider am verzweifeln. Ich habe eine gute Quelle gefunden, jedoch weiß ich nicht ob ich mich fachlich korrekt in meinem Text ausdrücke:

Mit der zunehmenden Verbreitung von Lithium-Ionen-Akkus steigt auch das damit verbundene Gefahrenpotenzial: die Brandgefahr. Falsche Handhabung oder technische Defekte können dazu führen, dass sich Lithium-Ionen-Akkus entzünden. Man spricht hierbei über das thermische Durchgehen, auch „thermal runaway“ genannt (siehe Stichwörterverzeichnis).

2.1 Definition des thermischen Durchgehens – „thermal runaway“

Das thermische Durchgehen beschreibt einen Prozess, bei dem ein Lithium-Ionen-Akku durch eine unkontrollierte, selbsterhaltende exotherme Reaktion beginnt zu überhitzen. „Dieser Zustand tritt auf, wenn die Innentemperatur einer Batterie einen wesentlichen Schwellenwert erreicht, was zu einem schnellen und unkontrollierten Temperatur- und Druckanstieg führt.“ Ein „thermal runaway“ kann durch verschiedene Faktoren ausgelöst werden: interne Kurzschlüsse, mechanische Schäden, Überladung oder extreme Hitzeeinwirkung sind häufige Ursachen.
Das thermische Durchgehen beginnt dann, wenn die durch die Batterie erzeugte Wärme ihre Fähigkeit zur Wärmeableitung übersteigt. Dieses Ungleichgewicht führt zu ungünstigen chemischen Reaktionen, die die Temperatur weiter erhöhen. Mit steigender Temperatur beschleunigt sich die Wärmeproduktion, was zu einer Erhöhung der Temperatur führt. Diese Reaktion ist vor allem durch eine positive Rückkopplung geprägt, bei der die freigesetzte Wärme weitere Reaktionen begünstigt, die wiederum zusätzliche Wärme produzieren. Einmal eingeleitet, setzt sich dieser Prozess selbst fort und kann nicht gestoppt werden, solange die chemischen Reaktionen innerhalb der Zelle weiterlaufen.

Der Ablauf des thermischen Durchgehens beginnt mit der Zersetzung des Kathodenmaterials. Insbesondere bei Mischoxiden wie Lithium-Cobalt-Oxid (LCO) oder Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxid (NMC) kommt es bei hohen Temperaturen zu einer Zersetzung, die Sauerstoff freisetzt:
LiCoO_2→2Li^++CoO+1/2 O_(2 );stark exotherm

Der freigesetzte Sauerstoff reagiert unmittelbar mit dem Elektrolyten, was zur weiteren Bildung von Wärme und brennbaren Gasen wie Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxid (CO₂) führt:
C_3 H_4 O_3 +5/2 O_2 →3CO_2 +2H_2 O ; stark exotherm

Diese exothermen Reaktionen erzeugen weitere Wärme und verstärken die Selbsterhitzung, die zur Zerstörung der betroffenen Zelle führt. Die dabei entstehende Hitze kann Temperaturen von über 600°C erreichen. Solch extreme Temperaturen greifen benachbarte Zellen an, wodurch sich die Kettenreaktion auf den gesamten Akku ausbreitet.

Zusätzlich wird in der Anode, die aus Graphit besteht, bei hohen Temperaturen atomarer Wasserstoff freigesetzt, der sich zu molekularem Wasserstoff rekombiniert. Dieser Wasserstoff kann sogar bei niedrigen Sauerstoffkonzentrationen weiterbrennen, was den Brand schwer kontrollierbar macht:
H+H→ H_2

Diese Reaktion setzt weitere Wärme frei und kann, bei Kontakt mit Sauerstoff, zu einer explosiven Knallgasreaktion führen:
2H_2 +O_2 →2H_2 O ;stark exotherm
Dies zeigt, dass der fortschreitende Prozess nicht nur auf der Freisetzung von Wärme, sondern auch auf der kontinuierlichen Produktion von Brennstoffen basiert.

Vielen Dank für Eure Hilfe!