Oplaadbare lithium-ion batterijen winnen steeds meer aan populariteit, maar ze brengen ook risico’s met zich mee. Het Nederlands Instituut voor Publieke Veiligheid (NIPV) heeft onderzoek gedaan naar de fysieke effecten van brand bij lithium-ion batterijen en de daaruit voortvloeiende brandkenmerken en gevolgen.

Thermal runaway Lithium Ion Batterij

Eerdere studies hebben aangetoond dat het voornaamste gevaar van een lithium-ion batterij een zogenaamde “thermal runaway” is. Dit kan leiden tot een brand waarbij vlammen en weggeschoten celonderdelen betrokken zijn. Dit onderzoek biedt een samenvatting van wat er in de literatuur bekend is over deze effecten, hun omvang en hun impact op de omgeving. Naast deze effecten komen er bij batterijbranden ook toxische en brandbare gassen vrij, en bestaat er een explosiegevaar.

Brandvermogen en verbrandingswarmte Lithium batterijbrand

Uit literatuurgegevens blijkt dat zowel het maximale vermogen als de totale hoeveelheid warmte bij een batterijbrand toenemen naarmate de capaciteit van het batterijpakket groter is. Op basis van een wiskundig verband afgeleid uit de literatuur kan worden gesteld dat het maximale brandvermogen en de verbrandingswarmte van een thuisbatterij van 10-20 kWh vergelijkbaar zijn met die van een brandend meubelstuk, zoals een stoel. Het is echter belangrijk op te merken dat een batterijbrand langer kan duren dan een meubelbrand en dat deze met tussenpozen kan oplaaien. Bovendien maakt het optreden van fakkels het verloop van een batterijbrand onvoorspelbaarder.

Vlammen tot 2 meter

De lengte van de vlammen is afhankelijk van het aantal cellen dat tegelijkertijd uitvalt. Voor een enkele cel zijn vlammen tot 80 cm gemeten, terwijl bij een batterijpakket van 1,7 kWh lengtes tot ruim 2 m zijn waargenomen. Daarnaast komen er met deze vlammen kleine celonderdelen (tot 0,5 mm) vrij. Zeer kleine deeltjes (< 10 micrometer) kunnen ruim een half uur na vrijkomen nog in de lucht aanwezig zijn en mogelijk gevaarlijk zijn bij inademing. Grotere celonderdelen kunnen door drukopbouw in de cel enkele meters ver weg schieten en elders brand veroorzaken.

Lithiumbrand bij Thermal runaway

Een thermal runaway zal zich sneller naar boven en opzij verspreiden dan naar beneden. Daarnaast hebben de vorm en elektrische schakeling van de cellen invloed op de verspreiding. Een groter contactoppervlak tussen cellen leidt tot een snellere warmteoverdracht. Het falen van een cel in een parallelschakeling van cellen resulteert in kortsluiting en versnelt de opwarming van de overige cellen in de schakeling. Omdat een thermal runaway begint met het opwarmen van een cel, zal in beide gevallen een thermal runaway zich sneller verspreiden. Dit proces, ook wel thermische propagatie genoemd, is moeilijk te stoppen, wat het bestrijden van een batterijbrand ingewikkeld maakt. Gemeten temperaturen van batterijbranden in de literatuur tonen waarden van meer dan 600 °C aan.

Stralingsniveau Lithiumbrand

Gegevens over experimenteel bepaalde warmtestralingsniveaus zijn beperkt. Maar uit beschikbare gegevens kan worden afgeleid dat branden van alleen de batterijen met een energie-inhoud vergelijkbaar met die van een e-bike al stralingsniveaus kunnen genereren die schade kunnen toebrengen aan materialen op enkele tientallen centimeters afstand. Batterijpakketten van meerdere kWh, zoals die worden gebruikt in thuisbatterijen, kunnen echter stralingsniveaus produceren die schadelijk zijn op enkele meters afstand, met waarden hoger dan 5 kW/m2.

Op dit moment werken onderzoekers aan een model waarmee de warmtestraling van een batterijbrand kan worden berekend.

Bekijk hier het hele onderzoek van NIPV

Laadoplossingen van Acculaadbox

Wilt u zich beschermen tegen de risico’s van een lithium ion batterij brand? Laad uw batterijen veilig op in een gespecialiseerde box. Bekijk onze oplossingen of neem contact op voor advies.