6. März 2024

Besteht ein höheres Brandrisiko bei Elektrofahrzeugen im Vergleich zu herkömmlichen Fahrzeugen?

Thermisches Durchgehen ist einer der häufigsten Gründe für Brände und Explosionen von Antriebsbatterien für E-Fahrzeuge – zum Teil mit schwerwiegenden Folgen. Gibt es hier aber tatsächlich ein erhöhtes Sicherheitsrisiko gegenüber Fahrzeugen mit herkömmlichen Antrieben?

Elektroauto Batterietechnik Sicherheit
© Possessed Photography - unsplash.com

Unfälle von Elektrofahrzeugen erregen mehr Aufmerksamkeit, die Öffentlichkeit reagiert oft überzogen und mit Vorurteilen auf die vermeintlich höheren Risiken, die Elektrofahrzeuge mit sich bringen. Im Fokus steht dabei die Lithium-Ionen-Antriebsbatterie als Hochvolt-Komponente des Fahrzeugs. Großflächig eingebaut im Fahrzeugboden besteht sie aus einer großen Anzahl eng gepackter und elektrisch verbundener Einzelzellen. Kurzschlüsse in diesen Batteriezellen, ausgelöst beispielweise durch eine Fehlfunktion des Separators oder mechanische Beschädigungen, können zum völligen Abbrand oder zur Explosion der Batterie führen: die Batterie geht durch – „thermal runaway“ wird dieser Vorgang auch genannt.

Elektrofahrzeuge sind mit einem automatischen Batteriemanagementsystem ausgestattet. Es soll sicherstellen, dass die Antriebsbatterie nie über die im Datenblatt angegebene Maximalspannung hinaus geladen oder überhöhten Strömen beim Laden und Entladen ausgesetzt wird, denn das begünstigt einen thermal runaway.

Beim thermal runaway überhitzt sich die Batteriezelle durch einen sich selbst verstärkenden, wärmeproduzierenden Prozess, der ein Bersten und Brennen der Zelle nach sich ziehen kann. Leicht kommt es dabei zu einem Übergreifen auf benachbarte Batteriezellen. Sauerstoff wird beim thermal runaway durch Umstrukturierung der Kathode kurzfristig intern freigesetzt und reagiert sofort innerhalb der Batteriezelle mit ihren organischen Bestandteilen, wie beispielsweise dem Elektrolyten. Dadurch entwickelt sich Wärme, wird schließlich zur Hitze und löst weitere Reaktionen aus, so dass innerhalb von Millisekunden mehrere 100 Grad Celsius erreicht werden können.

Elektrofahrzeuge sind nicht brandgefährlicher

Erfahrungen aus unterschiedlichen Ländern und von Deutschen Unfallforschern zeigen, dass die Gefahr einer Brandentstehung für Elektrofahrzeuge nicht größer ist, als für solche mit konventionellen Antrieben. Handlungsbedarf besteht dennoch bei Fragen zur Sicherheit, wie Brandschutz und Umweltschutz sowie bei der Ladeinfrastruktur, denn gerade beim Aufladen der Antriebsbatterie ist das Risiko einer Brandentstehung groß. Würden Hersteller verpflichtet, Elektro-Neufahrzeuge vor Auslieferung mehrmals zu laden und wieder zu entladen, ließen sich mögliche, brandauslösende Defekte besser erkennen. Momentan ist das allerdings noch nicht üblich.

Neue Batterietechnik in Sicht?

Die Elektromobilität wird aktuell offensichtlich unattraktiver. Der Verband der Automobilindustrie (VDA) rechnet durch den Wegfall der Kaufprämie mit weniger neu zugelassenen Elektrofahrzeugen deutscher Fabrikate. Ein klarer Widerspruch zum Ziel der Bundesregierung, bis zum Jahr 2030 mindestens 15 Millionen Elektrofahrzeuge auf Deutschlands Straßen zu bringen.

Der deutsche Markt wäre wettbewerbsfähiger gegenüber der Konkurrenz aus Fernost, wenn es weniger bürokratische Hürden und mehr Investitionsbereitschaft gäbe. Das gilt vor allem für die Entwicklung neuartiger Antriebsbatterien als Schlüssel zu einer attraktiveren Elektromobilität. Nachhaltig produzierte, langlebige und recyclingfähige Batterien vermögen der aktuellen Trendumkehr entgegenzuwirken.

Laut einer Studie des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) erfüllen Natrium-Ionen-Batterien schon heute diese Kriterien und stellen eine technisch ausentwickelte Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien dar. Mit gelöstem Natrium statt Lithium im Elektrolyt, haben diese Batterien zwar naturgemäß eine geringere Energiedichte, sind aber weit weniger entzündlich und ermöglichen einen höheren Ladestrom. Weiterer Vorteil: Als Bestandteil von Kochsalz (NaCl), ist Natrium wesentlich preiswerter als Lithium und weltweit leicht und praktisch unbegrenzt verfügbar – ein entscheidender Kosten-, Umwelt- und Ethikaspekt. Da die Batteriezellen weder Kupfer noch Kobalt enthalten, sind es nur wenige wertvolle metallische Elemente der Batterie, die recycelt werden müssen: Neben Eisen insbesondere Aluminium als Anodenmaterial.

Es zeichnet sich ab, dass Natrium-Ionen Batterien die Elektrofahrzeugbranche in naher Zukunft auch hierzulande revolutionieren könnten, gerade bei batterieelektrischen Kleinst-, Klein- und Mittelklassefahrzeugen, die für ihren Einsatzzweck mit wenigen 100 Kilometern Reichweite auskommen: Elektromobilität für alle – und alles andere als brandgefährlich. 

Autorin: Alice Quack

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