Gefahr von Lithium-Ionen-Akkus

Neue Untersuchungen der US-Bundesluftfahrtbehörde FAA  legen nahe, dass unter besonders unglücklichen Umständen schon ein einzelner überhitzter Lithium-Ionen-Akku ausreicht, um einen kompletten Airliner in Flammen aufgehen zu lassen. Das ist gerade für Kameraleute, die täglich mit solchen Akkus unterwegs sind, keine besonders angenehme Vorstellung. Aktuell hat in den USA das Verkehrsministerium zusammen mit der Bundesluftfahrtbehörde FAA eine neue Regelung für den Transport von Lithium-Ionen-Zellen und -Akkus verfügt: Auf Passagierflügen in den USA dürfen keinerlei Lithium-Ionen-Akkus mehr im Aufgabegepäck transportiert werden. Uwe Agnes klärt in diesem Artikel aus der Ausgabe 11/2016 über die realen Gefahren und Einschränkungen beim Transport und Einsatz des Drehzubehörs auf.

Manchmal lautet die Losung des Tages “Lernen durch Misserfolg”. Wir sind unterwegs ins beschauliche Bern, um dort an der Physikalischen Fakultät Professor Nicolas Thomas dabei zuzusehen, wie er das tut, was er “Kometen kochen” nennt – also unter Laborbedingungen den Stoff herstellt, aus dem jene Himmelskörper sind. Die Anreise aus dem Rheinland ist weit und Billigflüge erschwinglich, also fliegen wir nach Zürich und fahren von dort nach Bern. Abends nach dem Dreh machen wir es dann genau andersherum und kommen spät, aber zufrieden wieder in Köln-Bonn an.

Am nächsten Morgen erwartet uns beim Auspacken der Drehausrüstung eine kleine Überraschung. Statt des Ersatzakkus für den HD-Camcorder findet sich im Koffer ein kleiner blauer Zettel, auf dem in zugegeben freundlichen Worten zu lesen steht, dass die Gepäckkontrolle in Zürich sich genötigt sah, gemäß den geltenden Transportvorschriften der Internationalen Luftverkehrs-Vereinigung IATA den Lithium-Ionen-Akku von der Beförderung auszuschließen und deswegen aus dem Koffer zu entnehmen. Gerne kann man ihn zu den angegebenen Schalterstunden innerhalb von sechs Wochen persönlich am Flughafen Zürich-Klothen abholen.

Akku weg: Lernen durch Misserfolg – hätte man nicht einen Freund, der beruflich die Welt bereist und auch des Öfteren in der Schweiz seinen Geschäften nachgeht. Freundlicherweise sammelt er bei seinem nächsten Aufenthalt in Zürich den Akku ein. Glück gehabt. Hätte man sich vorher über die geltenden Regelungen informiert, hätte sich dieses Intermezzo gut vermeiden lassen.

GEFAHRGUT

Denn mittlerweile werden Lithium-Ionen-Akkus als so brandgefährlich eingestuft, dass man sie nicht einmal auf dem Landweg per normalem Kurierdienst verschicken darf. Die Tatsache, dass Samsungs-Smartphones aufgrund fehlerhafter Li-Ionen-Akkus im Regelbetrieb reihenweise in Flammen aufgehen und vom Hersteller zurückgerufen werden mussten, beleuchtet die Brisanz der Sicherheitsprobleme, die es hier geben kann.

Zur Erinnerung: Alle Akkus bestehen aus zwei Elektroden, die in eine Elektrolytlösung eingetaucht sind. Dabei unterscheiden sich die verschiedenen Akku-Typen durch das Material, was für die Elektroden und das Elektrolyt verwendet wird, das wiederum die Eigenschaften des Akkus hinsichtlich Handhabbarkeit und Kapazität bestimmt. Verbindet man die beiden Elektroden mit einem elektrischen Leiter, läuft im Akku eine chemische Reaktion ab und in der Folge fließt ein elektrischer Strom.

Diese chemische Reaktion ist reversibel, sodass der Akku beim Anlegen einer Spannung wieder geladen wird. Bei diesem Zyklus kann man allerdings einiges falsch machen – Tiefenentladung, Überladung oder auch nur häufiges teilweises Aufladen können dazu führen, dass ein Akku nach nur wenigen Ladezyklen den Geist aufgibt. Auch hier gibt es zwischen verschiedenen Akku-Typen eine unterschiedliche Anfälligkeit für diese Effekte, die wiederum auf den verwendeten Materialien beruht.

Soweit die – zugegeben grobe – Theorie. In der Praxis weiß jeder Veteran, wie schwer ein Akkugürtel war und wie schnell man ihn wieder aufladen musste. Die dort verwendeten Nickel-Cadmium-Zellen hatten nämlich nur eine Energiedichte von 30 Wattstunden pro Kilogramm, während moderne Lithium-Ionen-Akkus leicht das Vier- bis Siebenfache schaffen.

LITHIUM-FAKTEN

Die Wirkungsweise dieser Akkus ist seit den 1980er Jahren bekannt. Die ersten kommerziellen Akkus kamen aber erst 1991 auf den Markt und werden seitdem in allen Bereichen eingesetzt, bei denen es darauf ankommt, eine große Menge an elektrischer Energie bei geringem Gewicht und Volumen bereitzustellen. Dazu kommt, dass Lithium- Ionen-Akkus kaum anfällig für Selbstentladung sind. Den gefürchteten Memory-Effekt kennen sie gar nicht.

Auf der anderen Seite reagieren sie sehr empfindlich auf falsche Behandlung. Preisgünstige elektronische Batterie-Managementsysteme haben ihren sicheren Betrieb erst möglich gemacht. Denn im Akku wandern – wie der Name nahelegt – Lithium-Ionen zwischen den Elektroden hin und her, und Lithium ist ein Metall mit ziemlich unfreundlichen Eigenschaften. Es ist hoch reaktiv, wirkt auf die Haut stark ätzend und geht bei Kontakt mit Wasser sofort in Flammen auf. Nichts, womit man unbedingt näher zu tun haben möchte.

WORST-CASE-SZENARIO

Besonders heikel sind die Lithium-Polymer-Akkus, eine Bauform der Lithium-Ionen-Akkus, die in Smartphones wie dem oben genannten Samsung-Gerät oder auch Kameradrohnen wie der DJI Phantom 4 verbaut werden. Die Chemie der Zellen ist bei allen Bauformen dieselbe, allerdings liegt bei den Polymer-Akkus das ansonsten flüssige Elektrolyt als feste oder gel-artige Folie vor, was eine recht freie Gestaltung der Akkus erlaubt – besonders von Vorteil, wenn der Platz für den Einbau knapp ist. Die grundsätzlichen Risiken sind aber bei allen Bauformen der Lithium-Ionen-Akkus gleich.

Die Gründe dafür, dass ein Akku in Flammen aufgehen kann, sind schnell genannt. Der häufigste Auslöser dafür ist ein Kurzschluss, der dazu führt, dass der Akku überhitzt und in der Folge das eintritt, was in der Feuerwehr-Fachsprache “Thermal Runaway” heißt. Der Akku gerät in Brand, das Lithium-Feuer nährt sich durch die Freisetzung von Sauerstoff selbst und gerät völlig außer Kontrolle. Solch ein Kurzschluss kann entweder dadurch eintreten, dass die äußeren Kontakte elektrisch leitend verbunden werden. Man kann sich leicht vorstellen, dass abhängig davon, man sein Equipment packt, zahlreiche Möglichkeiten für ein verhängnisvolles Zusammentreffen bestehen. Werkzeug, Kabel, Stecker oder gar die Akkus selbst können aneinander geraten und die Kontakte kurzschließen.

Ein Kurzschluss kann aber auch dadurch zustande kommen, dass im Innern des Akkus, entweder durch mechanische Beschädigung oder aber durch mangelnde Standards in der Herstellung von Billig-Akkus oder gar gefälschten Produkten, ungewollt Ströme fließen und der Akku sich entzündet.

Dafür, dass Lithium-Ionen-Akkus unter gewissen Umständen wirklich gefährlich sein können, gibt es mittlerweile genügend Hinweise. Im Juni 2014 musste in Melbourne die Crew einer Boeing 737 kurz vor dem Boarding evakuiert werden, als im Gepäckraum Akkus in Brand gerieten. An Bord gebracht hatte sie ein Passagier, der beim Check-In angegeben hatte, keinerlei Lithium-Ionen-Akkus bei sich zu führen. Tatsächlich aber gehörten zu seiner Drohne im Gepäck 19 Akkus, die bei der folgenden Untersuchung intakt aufgefunden wurden, und zwischen sechs und acht, die vollständig abgebrannt waren.

MASSNAHMEN

Trotz aller Schreckensmeldungen gehören feurige Vorfälle mit Lithium-Ionen-Akkus nicht zum täglichen Brot in der Medienproduktion. Dennoch sollte man die Gefahren kennen und die Tatsache im Bewusstsein behalten, dass sich mit einem Lithium-Ionen-Akku ein latent explosives Gemisch aus aggressiven Chemikalien unweit des Kopfes befindet. Es ist deshalb eine gute Idee, ein wenig Sorgfalt walten zu lassen und nur Akkus aus zertifizierter Produktion anzuschaffen oder zu betreiben.

Man muss sich auch stets darüber im Klaren sein, dass diese Akkus sehr empfindlich sind und jede noch so kleine mechanische Beschädigung eindrucksvolle Folgen haben kann. Insofern sollte man sie möglichst selten aus größerer Höhe auf den Boden knallen lassen – und auch von Wasser fernhalten.

Nicht zuletzt empfiehlt es sich natürlich, die geltenden Vorschriften für den Transport von Lithium-Ionen-Akkus in ihrer aktuellen Fassung zu kennen. Seit März 2019 dürfen zum Beispiel auf Inlandsflügen in den USA keinerlei Lithium-Ionen-Akkus mehr ins aufgegebene Gepäck. Auch die IATA-weit geltende Regelung, dass am Gate Akkus mit einem Ladezustand von über 30 Prozent vom Transport auszuschließen sind, wurde in den USA auf das Aufgabegepäck ausgeweitet – ein kleines Detail am Rande, das aber beträchtliche Folgen haben kann, wenn man mit voll geladenen Akkus am Flughafen auftaucht. Mit sozusagen laufender Kamera aus dem Flugzeug zu springen, dürfte also bald der Vergangenheit angehören, denn 30 % Ladung reichen meist nicht lange. Immerhin kann man mit Kenntnis die Regeln ziemlich sicher vermeiden, am Drehort ohne Akkus dazustehen. Lernen kann man nämlich auch ohne Misserfolg.

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