Lithium-Ionen-Batterien sind eine nahezu allgegenwärtige Technologie mit einem schwerwiegenden Nachteil: Sie fangen manchmal Feuer.
Ein Video von Besatzung und Passagieren eines JetBlue-Fluges, die sich hektisch Wasser über ihre Rucksäcke schütten, ist das jüngste Beispiel für die weit verbreitete Sorge um Batterien, die mittlerweile in fast jedem Gerät verbaut sind, das tragbare Stromversorgung benötigt. In den letzten zehn Jahren gab es immer mehr Schlagzeilen über Brände von Lithium-Ionen-Batterien, die durch Elektrofahrräder, Elektroautos und Laptops auf Passagierflügen verursacht wurden.
Die wachsende Besorgnis in der Öffentlichkeit hat Forscher auf der ganzen Welt dazu inspiriert, an der Verbesserung der Sicherheit und Langlebigkeit von Lithium-Ionen-Batterien zu arbeiten.
Die Batterieinnovation hat in den letzten Jahren explosionsartig zugenommen. Forscher haben Festkörperbatterien entwickelt, indem sie die brennbaren flüssigen Elektrolyte in herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien durch stabilere Festelektrolytmaterialien wie nicht brennbare Gele, anorganische Gläser und feste Polymere ersetzt haben.
Eine letzte Woche in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichte Studie schlägt einen neuen Sicherheitsmechanismus vor, der die Bildung von Lithium-„Dendriten“ verhindern soll. Diese entstehen, wenn Lithium-Ionen-Batterien durch Überladung überhitzen oder die dendritische Struktur beschädigt wird. Dendriten können Kurzschlüsse in Batterien verursachen und explosive Brände verursachen.
„Jede Studie gibt uns mehr Zuversicht, dass wir die Sicherheits- und Reichweitenprobleme von Elektrofahrzeugen lösen können“, sagte Chongsheng Wang, Professor für chemische und biomolekulare Verfahrenstechnik an der University of Maryland und Hauptautor der Studie.
Wangs Entwicklung sei ein wichtiger Schritt zur Verbesserung der Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien, sagte Yuzhang Li, Assistenzprofessor für Chemieingenieurwesen an der UCLA, der nicht an der Studie beteiligt war.
Lee arbeitet an seiner eigenen Innovation und möchte eine Lithium-Metall-Batterie der nächsten Generation entwickeln, die zehnmal mehr Energie speichern kann als die Graphitelektrodenkomponenten in herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien.
Was die Sicherheit von Elektrofahrzeugen angeht, sagte Lee, dass Lithium-Ionen-Batterien nicht so gefährlich oder weit verbreitet seien, wie die Öffentlichkeit denke, und dass es von entscheidender Bedeutung sei, die Sicherheitsprotokolle für Lithium-Ionen-Batterien zu verstehen.
„Sowohl Elektrofahrzeuge als auch konventionelle Fahrzeuge bergen Risiken“, sagte er. „Aber ich denke, Elektroautos sind sicherer, weil man nicht auf literweise brennbarer Flüssigkeit sitzt.“
Lee fügte hinzu, dass es wichtig sei, vorbeugende Maßnahmen gegen Überladung oder nach einem Unfall mit einem Elektrofahrzeug zu ergreifen.
Forscher der gemeinnützigen Fire Research Foundation, die Brände von Lithium-Ionen-Batterien untersuchten, fanden heraus, dass Brände in Elektrofahrzeugen hinsichtlich ihrer Intensität mit Bränden in herkömmlichen benzinbetriebenen Fahrzeugen vergleichbar sind, Brände in Elektrofahrzeugen jedoch tendenziell länger andauern, mehr Wasser zum Löschen benötigen und aufgrund der Restenergie in der Batterie mit höherer Wahrscheinlichkeit mehrere Stunden nach dem Erlöschen der Flamme erneut aufflammen.
Victoria Hutchison, leitende Managerin des Forschungsprogramms der Stiftung, sagte, Elektrofahrzeuge stellten aufgrund ihrer Lithium-Ionen-Batterien ein besonderes Risiko für Feuerwehrleute, Rettungskräfte und Autofahrer dar. Das bedeute aber nicht zwangsläufig, dass man Angst vor ihnen haben müsse, fügte sie hinzu.
„Wir versuchen immer noch zu verstehen, was Brände bei Elektrofahrzeugen sind und wie man sie am besten bekämpft“, sagte Hutcheson. „Es ist ein Lernprozess. Autos mit Verbrennungsmotor gibt es schon lange, das ist noch relativ unbekannt, aber wir müssen lernen, mit diesen Ereignissen richtig umzugehen.“
Bedenken hinsichtlich Bränden bei Elektrofahrzeugen könnten auch die Versicherungspreise in die Höhe treiben, sagte Martti Simojoki, Experte für Schadenverhütung bei der International Union of Marine Insurance. Er sagte, die Versicherung von Elektrofahrzeugen als Fracht sei derzeit eines der unattraktivsten Geschäftsfelder für Versicherer, was die Versicherungskosten für diejenigen, die Elektrofahrzeuge transportieren möchten, aufgrund der wahrgenommenen Brandgefahr erhöhen könnte.
Eine Studie der International Union of Marine Insurance, einer gemeinnützigen Vereinigung von Versicherungsunternehmen, ergab jedoch, dass Elektrofahrzeuge nicht gefährlicher oder riskanter sind als herkömmliche Autos. Tatsächlich sei es trotz anders lautender Schlagzeilen nicht bestätigt, dass ein aufsehenerregender Frachtbrand vor der niederländischen Küste in diesem Sommer durch ein Elektrofahrzeug verursacht wurde, sagte Simojoki.
„Ich glaube, die Leute scheuen sich, Risiken einzugehen“, sagte er. „Wenn das Risiko hoch ist, steigt auch der Preis. Letztendlich zahlt der Endverbraucher dafür.“
Korrektur (7. November 2023, 9:07 Uhr ET): In einer früheren Version dieses Artikels war der Name des Hauptautors der Studie falsch geschrieben. Sein Name ist Wang Chunsheng, nicht Chunsheng.