Branden in lithiumbatterijen: wat werkt en wat niet

Wat de thermische oncontroleerbaarheid veroorzaakt

De thermische oncontroleerbaarheid is een kettingreactie die zich binnen de batterij afspelt: een bepaald element zorgt voor een stijging van de temperatuur; de hitte versnelt de vertering van de elektrolyten; de vertering produceert nog meer hitte en brandbare gassen. Hierdoor wordt de kettingreactie alleen maar versterkt, waarna de batterij kan ontploffen of ontbranden.

De mogelijke oorzaken van de thermische oncontroleerbaarheid (in ongeveer de volgorde waarin ze vaak voorkomen):

Overbetalen of het gebruik van de verkeerde lader: Onregelmatige spanning of stroom zorgt ervoor dat de lithiumbatterij wordt belast tot boven de veilige grenzen. Incidenten die te maken hebben met het opladen vormen de meeste oorzaken van branden in lithiumbatterijen – dit is de meest voorkomende reden. Fysieke schade: Een klap, een prik of een drukplek kan de interne scheidingen in de batterij beschadigen, waardoor een kortsluiting optreedt. Een batterij van een elektrisch gereedschap die op de grond valt, of een accu van een elektrisch fiets dat wordt overreden, kan op deze manier beschadigd raken. Hoge omgevingstemperatuur: Hitte versnelt de chemische processen in de batterij, zelfs als deze anders nog in orde is. Een accu die op de dashboard in de zomer wordt opgewarmd, kan zonder enige andere defecten al branden. Oudheid: Naarmate de batterij ouder wordt, neemt de interne weerstand toe en de mogelijkheid om thermische belastingen te verwerken af. Batterijen die aan het eind van hun levensduur zijn, kunnen onder bepaalde omstandigheden oncontroleerbaar reageren, zelfs al functioneerden ze vroeger nog goed.

Waarom standaardblussers niet werken: Er zijn drie belangrijke redenen waarom standaardblussers niet effectief zijn bij het blussen van branden in lithiumbatterijen – en deze redenen werken zich zelfs nog verder uit.

1. De reactie is zelfvoorzienend. Een normale brand heeft zuurstof uit de lucht nodig. Een onbeheerde lithiumaccu liettigt zijn oxidant zelf mee in de accu. CO₂-blussers verdringen de omgevende zuurstof en doven de buitenste vlammen uit, maar ze kunnen de accu niet binnendringen of de interne reactie stoppen.
2. De droge chemische stoffen houden de kern van de accu heet. De poederblussers doven de oppervlaktesvlammen uit, maar hebben geen effect op de temperatuur in de kern van de accu. De restanten van deze stoffen kunnen bovendien elektronica beschadigen – vooral als de brandende accu zich binnen apparatuur bevindt.
3. Het opnieuw ontstaan van vlammen is de norm, niet de uitzondering. De oppervlaktesvlammen kunnen zijn uitgedoofd, terwijl de kern van de accu nog op hoge temperaturen is. Branden kunnen zelfs uren of dagen na het blussen opnieuw ontstaan. Elke actie die alleen tot het doven van de vlammen leidt, is onvoldoende.

Het gas vormt het vierde probleem: brandende lithiumaccu’s释放en onder andere koolmonoxide en waterstoffluoride. Waterstoffluoride is zeer giftig voor hulpverleners; houd dus een veilige afstand en draag geschikte ademhalingsbescherming.

Wat echt werkt om branden met lithiumaccu’s te voorkomen en te blussen:

Er zijn speciale blussmiddelen beschikbaar die de branden effectief kunnen stoppen. Het is belangrijk om de regels voor het hanteren van lithiumaccu’s strikt te naleven en de juiste beschermingsmaatregelen te nemen.

Methode	Wat doet de methode?	Wat doet de methode niet?	Beste toepassing voor?
Water (in grote hoeveelheden)	Verwijdt warmte sneller dan de reactie deze opwekt	Doet niets anders dan de brand stoppen; is de enige methode die de brand echt kan onderdrukken	Kleine ruimtes; koelingspakketten van alle maten
Additief in vorm van capsule	Koelt snel en beschermt tegen brandbare gassen	Is geen zelfstandige brandonderdrukkingsmethode	Branden waar water de brandende elektrolyten alleen maar zou verspreiden
Aerosol (op basis van kalium)	Ontlast de chemische kettingreactie binnen enkele seconden	Heeft weinig koelende werking; risico op opnieuw ontsteken	Geïncapsuleerde apparaten, opslagruimtes
Branddeken	Blokkeert de vlam en de stralende warmte	Stoppt de brand niet op zichzelf	Kleine branden; kan dienen als tijdelijk middel tot evacuatie of koeling met water

Water, in termen van hoeveelheid, vormt de basis voor het blussen van branden. Het enige wat een onbeheerde brand kan stoppen, is het sneller afvoeren van warmte dan de chemische reactie dit mogelijk maakt. Dit betekent dat de brand moet worden afgekoeld tot de batterij koud aanvoelt, niet pas wanneer de vlammen zijn uitgedoofd. Voor kleine consumentenbatterijen (bijvoorbeeld voor telefoons of laptops) is het voldoende om de batterij in een emmer te leggen. Voor grotere batterijen moet de brand echter worden behandeld als een koelingsproces, en niet als een blussingsproces.

**‘Encapsulatieagenten’’ zijn speciale toevoegingen die worden gemengd met water. Deze agenten verspreiden de warmte snel en isoleren de brandbare gassen, zodat deze niet kunnen ontbranden. Hierdoor wordt zowel de warmte als de rook verminderd – dit is belangrijk, aangezien gewone water de brandende elektrolyten kan verspreiden.

**De techniek van ‘aerosol-suppressie’’ gebruikt kaliumgebaseerde samenstellingen die fijne deeltjes vrijmaken en de chemische kettingreactie van de brand onderbreken. Dit soort systemen kunnen branden in één of meerdere cellen binnen enkele seconden doven. Daarom worden ze gebruikt in gesloten apparaten en bepaalde opslaginstallaties. Hoewel deze systemen minder koelen dan water, blijft het risico van een nieuwe brand bestaan.

Branddekken zijn alleen tijdelijk effectief. Een branddeken dat speciaal is ontworpen voor lithiumbatterijen onderdrukt de vlammen en blokkeert de straling van hitte. Dit geeft tijd om kleine branden, zoals die veroorzaakt door een laptop of een e-bikeaccu, te beperken. Het elimineert echter niet de oorzaak van de brand, dus branddekken dienen alleen als tijdelijk middel tot evacuatie of koeling met water – ze zijn nooit een oplossing op zichzelf.

Voor grote installaties: bescherm de omgeving en laat de brand zelf uitbranden. Wanneer een brand een batterijenrek of een groot accupakket betreft, is het gebruikelijke procedeer bij de brandweer om de omgeving te beschermen en de betrokken batterijen te laten uitbranden, terwijl de naastliggende batterijen worden gekoeld. Dit besluit valt bij de brandweer, niet bij het personeel van de faciliteit. Het is echter belangrijk om dit van tevoren te weten, om te voorkomen dat men onnodig probeert de brand te blussen, aangezien dit vaak niet mogelijk is.

Voorkomen: de regels die we in onze eigen batteriekasten toepassen

We leveren LiFePO₄-batterijen (lithium-ijzerfosfaat) voor onze straatlantaarnen, en we hebben deze chemische samenstelling gedeeltelijk gekozen vanwege de volgende reden: bij typische LiFePO₄-batterijen begint de thermische oncontroleerbare reaktie rond 270°C, terwijl dit bij nikkelgebaseerde lithiumbatterijen ongeveer 150–210°C is (typische industriële waarden; afhankelijk van de chemische samenstelling en de vorm van de batterij). LiFePO₄-batterijen zijn echter niet brandveilig – niets in een batterij is immers brandveilig. De keuze voor LiFePO₄ biedt echter meer veiligheidsmogelijkheden, en juist dat is belangrijk voor het voorkomen van ongelukken.

• Laad met de juiste lader, onder toezicht. Gebruik de lader die bij het apparaat wordt geleverd of een lader met identieke specificaties. Laat de batterijen nooit de hele nacht onbeheerd opladen. Houd de opladruimte goed verluchtigd; laad de batterijen nooit in een beperkte ruimte op.
• Opbergen op een koele plek en met een halve lading. De optimale opslagtemperatuur is 5–20°C. Voor langdurige opslag is het handig om de batterijen met een lading van ongeveer 50% te bewaren en deze regelmatig te controleren. Laat de batterijen nooit op het dashboard of naast een verwarmingselement liggen.
• Stoppen met gebruik bij waarschuwingssignalen: Als de batterijen bolraken, kraken of lekken, moet je ze onmiddellijk wegwerpen; dit zijn tekenen dat ze niet meer te repareren zijn. Eveneens moet je stoppen met gebruik als de batterijen ongewoon heet worden, de opladtijd steeds langer duurt of de capaciteit zichtbaar afneemt.
• Verwerken via recycling: Verwijderde batterijen moeten naar een recyclingcentrum worden gebracht, niet in de prullenbak. Voor bedrijven die op grote schaal batterijen opslaan, is dit ook een vereiste van de regelgeving; plan regelmatige controles van de brandbeveiligingssystemen.

Wat deze pagina niet behandelt:

Deze pagina gaat over het brandgedrag en de benadering van lithiumbatterijen, zowel op individuele batterijen als op batterijpakketten voor consumenten- tot licht-commerciële toepassingen. Het behandelt echter niet het ontwerp van batteriesystemen voor het opslaan van energie op schaal (BESS – Battery Energy Storage Systems), de vereisten van de NFPA 855-normen of de regelgeving voor het vervoer van gevaarlijke stoffen; deze onderwerpen vallen onder andere disciplines met hun eigen regels en specificaties. Voor meer informatie over de thermische bescherming van onze producten, kijk je bij onze gids voor de omgevingstemperatuur van batterijen, of berek je de benodigde afmetingen van een systeem met de batterijafmetingstool.