Thermal Runaway von Lithium-Ionen-Batterien

Trotz diverser Sicherheitsmaßnahmen auf Zell- und Systemebene kann bei Lithium-Ionen-Batterien (LIB) der Thermal Runaway (TR) auftreten, welcher im Brand und/oder der Explosion der LIB enden kann. In explosionsgefährdeten Bereichen geht hiervon ein besonders großes Risiko aus. Um dieses zu minimieren, kommen Zündschutzarten entsprechend der Norm IEC 60079-0, wie die druckfeste Kapselung, zum Einsatz. Auftretende Materialbelastungen durch den TR in einer druckfesten Kapselung können durch verschiedene Faktoren wie das Volumen der Kapselung oder die enthaltene Gasatmosphäre beeinflusst werden. Anhand verschiedener Untersuchungen wurde festgestellt, dass der entstehende Druck nicht ausschließlich von dem Gehäusevolumen, sondern insbesondere von der inneren Oberfläche abhängig ist. Eine Vergrößerung der Oberfläche wirkt demnach druckentlastend. Die Überlagerung des TR mit einer Gasexplosion führt hingegen verglichen mit dem TR unter Luftatmosphäre zu einem Anstieg der Materialbelastung. Bei allen Versuchen herrscht ein proportionales Verhalten zwischen der Systemenergie und der relativen Druckenergie.

Autorentext

Freyja Galina Daragan ist seit Juni 2024 als Doktorandin an der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig in der Abteilung 3.55 "Regenerative Energieträger und -speicher" tätig. Dort beschäftigt sie sich mit der Analyse der Materialbelastung druckfester Kapselungen, welche infolge des Thermal Runaways von Lithium-Ionen-Batterien auftreten.

Inhalt

Einleitung und Motivation.- Theoretische Grundlagen.- Material und Methoden.- Ergebnisse und Diskussion.- Zusammenfassung und Ausblick.