Brandsicherheit bei elektrischen Speichern

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1 Brandsicherheit bei elektrischen Speichern UNIV.-PROF. DR. ROLAND GOERTZ VERTRETEN DURCH: PHILIPP HAGEMANN FACHBEREICH D SICHERHEITSTECHNIK ABWEHRENDER BRANDSCHUTZ

2 Die Zukunft gehört dem, der als erster die Kraft der Sonne in den Tank packt, mit Wasserstoff überholt oder CO 2 -frei vorankommt. Horst Köhler bei der ADAC Preisverleihung Gelber Engel, 14. Januar 2010 Aus: C. Rennhak, G. Ufer (Hrsg.) Reutlinger Diskussionsbeiträge zu Marketing und Management 2012 Nr. 3 Univ.-Prof. Dr. Roland Goertz

3 LITHIUM-IONEN-BATTERIEN BLEI-AKKUMULATOREN 3,8 4,2 V 100 Ah 12 V 100 Ah

4 ELEKTRISCHE SPEICHER IM VERGLEICH ENERGIEDICHTEN Energiedichte Einheit Pb NiCd NiMH Li-Ionen Li-Ionen- Polymer volumetrisch Wh/l gravimetrisch Wh/kg Quelle: J. Tübke, Fraunhofer ICT Pfinztal, Elektrische Speicher

5 ENERGIEDICHTEN Quelle: J. Tübke, Fraunhofer ICT Pfinztal, Elektrische Speicher

6 Die Batterien sind heute wie in der Zukunft die Schlüsselkomponente der Elektromobilität um es nicht negativ zu sagen: ihre Achillesverse. acatech Arbeitsgruppe Energiespeicher, Stellungnahme zur Elektromobilität, 2010 Energie- und Leistungsdichte, Lebensdauer, Kosten, Umweltverträglichkeit und Sicherheit Aus: C. Rennhak, G. Ufer (Hrsg.) Reutlinger Diskussionsbeiträge zu Marketing und Management 2012 Nr. 3 Univ.-Prof. Dr. Roland Goertz

7 LITHIUM-IONEN-ZELLE ZELLAUFBAU UND ZELLREAKTIONEN laden LiCoO Li CoO 2 1-x 2 + x Li + + x e - (0 < x < 0,6) entladen x Li + + C 6 (Graphit) + x e - laden entladen Li x C 6 (0 < x < 1)

8 LITHIUM-IONEN-POLYMER-AKKU FESTSTOFF-ELEKTROLYT (GEL)

9 - Thermischer - Mechanischer - Elektrischer Stress Unkontrollierte Energiefreisetzung thermal runaway Lithium-Batterie Chemisch/stoffliche Auswirkungen

10 LI-IONEN-ZELLE THERMISCHES DURCHGEHEN 1. Anode: Reaktion zwischen Elektrolyt und Li x C 6 (x ~ 1) 2. Kathode: ab 130 C und x < 0,5 Reaktion zwischen Elektrolyt und Li x CoO 2 Li x NiO 2 Li x Mn 2 O 4 Reaktion: 10 Li 0,5 CoO 2 + C 3 H 4 O 3 5 LiCoO CoO + 3 CO H 2 O Weitere Temperatursteigerung führt zu: 6 Li 0,5 CoO 2 3 LiCoO 2 + Co 3 O 4 + O 2

11 ELEKTRISCHE ENERGIESPEICHER 420 V 300 kg

12 AUSWAHL GEEIGNETER MODELLSYSTEME auf Zellebene auf Modulebene

13

14

15 ZERSETZUNGSPRODUKTE VON LI-IONEN-AKKUS LiPF 6 ALS LEITSALZ 380 K LiPF 6 LiF + PF 5 (unter Ausschluss von Wasser) PF 5 + H 2 O POF HF LiPF 6 + H 2 O LiF + POF HF POF 3 + H 2 O H 3 PO 4 + HF Thermal Stability of LiPF 6 Salt and Li-ion Battery Electrolytes Containing LiPF 6 Hui Yang a, Guorong V. Zhuangb, and Philip N. Ross, Jr. Lawrence Berkeley National Laboratory, University of California, Berkeley, CA 94720

16 KÄLTEMITTEL TETRAFLUORPROPEN H F H F F F UEG: 6,6 Vol.% OEG: 12,3 Vol. %

17

18 ZERSETZUNG EINES MODULS DURCH ÜBERLADEN LÖSCHVERSUCHE MIT WASSER

19 ZERSETZUNG EINES MODULS DURCH ÜBERLADUNG TEMPERATURVERLAUF 800,0 700,0 600,0 Temperatur ( C) 500,0 400,0 300,0 200,0 100,0 0,0 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 22,0 24,0 26,0 Zeit (Minuten) TC_links TC_Mitte TC_rechts Quelle: Fraunhofer ICT

20 ZERSETZUNG MODUL DURCH ÜBERLADEN LÖSCHEN MIT KOHLENDIOXID

21 ZERSETZUNG DURCH ÜBERLADEN LÖSCHEN MIT CO 2, TEMPERATURVERLAUF 900,0 800,0 700,0 Temperatur ( C) 600,0 500,0 400,0 300,0 200,0 100,0 0,0 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 22,0 24,0 Zeit (Minuten) TC_links TC_Mitte TC_rechts Quelle: Fraunhofer, ICT

22 ERGEBNISSE DER LÖSCHVERSUCHE AN MODELLSYSTEMEN Ergebnisse einfacher makroskopischer Löschversuche an den Modellsystemen Wasser prinzipiell geeignet Wasser mit Gelbildner gut geeignet Pulver wenig geeignet Schaum prinzipiell geeignet Kohlendioxid völlig ungeeignet

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