Gevaren bij het omgaan met lithium-ionen accu's

Lithium-ionen accu's zijn een relatief jonge technologie. Maar sinds hun marktintroductie begin jaren negentig hebben zij een blijvend stempel gedrukt op de markt voor accu's en geleidelijk de oude technologieën verdrongen. Op dit moment zijn  Lithium-accu's niet meer uit ons dagelijks leven weg te denken - en met reden: Zij kunnen bijzonder klein en tegelijk zeer efficiënt zijn en zijn daarom interessant voor een groot aantal toepassingen. Niet alleen smartphones en tablets halen hun energie uit lithium-accu's, zij spelen ook een belangrijke rol in de elektromobiliteit. Lithium-accu's scoren hier onder meer door hun hoge energiedichtheid bij een laag eigengewicht en snel opladen.

De keerzijde van de medaille: Regelmatig hoort men van gevaarlijke incidenten in verband met lithium-accu's. In 2017 haalde een brand in een parkeergarage in Hannover de krantenkoppen - die werd veroorzaakt door de accu van een e-bike. In 2018 kwam een man uit Hamburg om het leven toen een acculader explodeerde. Zonder twijfel: explosies en branden door lithium-ionen accu's kunnen desastreuze gevolgen hebben, met kostbare gevolgschade of, in het ergste geval, verlies van mensenlevens. Daarom rijst niet alleen voor particulieren, maar met name ook voor bedrijven de prangende vraag hoe deze zo veilig mogelijk kunnen worden behandeld en opgeslagen. Want vaststaat: de Arbowet verplicht werkgevers om gevaren te identificeren en te beoordelen en om adequate veiligheidsmaatregelen te treffen.

Onder de huidige productienormen worden lithium-accu's als relatief veilig gezien. In de regel worden door de fabrikant diverse veiligheidstests uitgevoerd voordat (serie)producten op de markt worden gezet. Het vervoer van lithium-accu's is bijvoorbeeld alleen toegestaan als een testcertificaat overeenkomstig UN 38.3 kan worden overlegd. Om dit certificaat te verkrijgen, moet een aantal testcycli met succes worden doorlopen waarbij de accu's onder uiteenlopende ransportcondities worden getest. Waaronder:

Toch moet bijzondere voorzichtigheid worden betracht bij de omgang met lithium-ionen accu's - omdat er toch regelmatig gevaarlijke branden ontstaan. Als er iets gebeurt, zijn de gevolgen vaak desastreus. De gevaarzetting volgt uit de constructie van de batterij zelf. Waar materialen met een hoge energiedichtheid en zeer ontvlambare elektrolyten samenkomen, vormen zij letterlijk een brandgevaarlijk mengsel. Het wordt bijzonder gevaarlijk als een lithium-accu opgeslagen energie ongecontroleerd vrijgeeft. Zodra de opgewekte warmte het smeltpunt van de separator overschrijdt, ontstaat een oncontroleerbare kettingreactie, de gevreesde "thermal runaway" (thermisch op hol slaan).

De hoge thermische energie veroorzaakt eerst verdamping van de elektrolytische vloeistof, waardoor extra warmte en brandbare gassen vrijkomen. Als de druk boven een bepaald punt komt, komen de brandbare gassen vrij en vormen een ontvlambaar mengsel met de lucht - er ontstaan vlammen op de buitenkant van de accu. Het thermisch op hol slaan van één cel is al voldoende om de aangrenzende cellen van het accublok zodanig te verhitten dat een gevaarlijke kettingreactie optreedt. Als dit eenmaal in gang is gezet, duurt het maar een paar minuten voordat de accu explosief in brand vliegt. Dergelijke branden met lithium-ionen accu's zijn moeilijk onder controle te krijgen en het vuur verspreidt zich snel. De brandweer kan vaak alleen maar de aangrenzende zones beschermen.

Bij normaal gebruik worden lithium-accu's als veilig beschouwd. Maar volgens de VDE geldt dit alleen zolang iedereen er correct mee omgaat. Als lithium-ionen accu's bijvoorbeeld verkeerd worden behandeld of opgeslagen, kunnen deze een aanzienlijk veiligheidsrisico zijn. Technische defecten af fabriek kunnen ook niet altijd worden uitgesloten.

Elektrische overbelasting

Een typisch risico bij de omgang met lithium-accu's is eigenlijk heel gewoon: namelijk het opladen en ontladen. Elektrische overbelasting kan hier om een aantal redenen optreden, bijvoorbeeld door gebruik van een verkeerde oplader. Maar brand kan ook ontstaan als gevolg van diepe ontlading. Als lithium-ionen accu's lange tijd niet worden gebruikt, kunnen ze helemaal ontladen raken. Onjuiste opslagcondities - bijvoorbeeld opslag buiten de door de fabrikant aanbevolen opslagtemperatuur - kunnen dit effect bevorderen. Dit leidt tot afbraak van de elektrolytvloeistof en bijgevolg tot de vorming van licht ontvlambare gassen. Wanneer vervolgens wordt geprobeerd de diep ontladen lithium-ionen cellen weer op te laden, kan de toegevoerde energie niet meer correct worden omgezet door het gebrek aan elektrolytvloeistof. Hierbij kan kortsluiting of brand ontstaan.

Mechanische beschadiging

Bij de omgang met lithium-ionen accu's is er altijd een zeker risico dat ze worden beschadigd. Botsingen met rijdend materieel, een val op een harde ondergrond of beknelling als gevolg van verkeerde opslagcondities zijn slechts enkele voorbeelden van mechanische beschadigingen. Als de cellen daardoor vervormd raken, kan dit leiden tot inwendige kortsluiting en brand in de accu. Ook kunnen verontreinigingen tijdens de productie van de cellen zelf niet voor 100% worden uitgesloten. In zeldzame gevallen kunnen deeltjes die tijdens de productie ten onrechte in de cel terechtkomen na verloop van tijd van binnenuit schade veroorzaken. Ook hier kan dan inwendige kortsluiting optreden.

Thermische overbelasting

Externe warmte- of energiebronnen kunnen lithium-accu's verhitten en zo leiden tot brand door thermische overbelasting. Typische bronnen van gevaar zijn bijvoorbeeld open vuur, hete machineonderdelen of opslag met directe zoninstraling.