Eigentlich gelten sogenannte LFP-Batterien vor allem deshalb als sicher, weil ihre chemische Struktur auf einer extrem stabilen Eisenphosphat-Verbindung basiert. Im Gegensatz zu herkömmlichen NMC-Akkus (Nickel-Mangan-Kobalt) setzen LFP-Zellen selbst bei mechanischer Beschädigung oder extremer Überhitzung kaum Sauerstoff frei. Dadurch wird ein "thermisches Durchgehen" – also das unkontrollierte Brennen der Batterie – nahezu ausgeschlossen. Die kritische Temperatur, bei der die Zelle instabil wird, liegt außerdem weit über der von NMC-Zellen.
Es kommt auf die Anwendung an
Jetzt haben Forscher der Newcastle University gemeinsam mit der Akademia Pożarnicza (polnische Feuerwehr-Akademie) in Warschau festgestellt: Einzelne Kennzahlen reichen für Sicherheitsbewertungen nicht aus. Stattdessen sei ein ganzheitlicher, anwendungsspezifischer Sicherheitsrahmen erforderlich. Für die Studie untersuchten sie drei Batterietechnologien systematisch und verglichen sie miteinander. Darunter Lithium-Ionen-, Natrium-Ionen- und Festkörperbatterien.
Untersucht wurden unter anderem Initiationsresistenz, Fehlertoleranz, maximale Temperaturen, Wärmefreisetzung, Gasentwicklung, Ausbreitungsrisiken sowie logistische Aspekte wie Transportbedingungen oder Brandschutzsysteme. Auf dieser Basis analysierten die Forscher detailliert die Ausfallmechanismen verschiedener Lithium-Ionen-Zellen unter thermischer, elektrischer und mechanischer Belastung.
Toxische Gase unter Extrembedingungen
Ein entscheidender Faktor für das Gefahrenpotenzial ist die Kathodenchemie. Hochenergetische Materialien wie Lithium-Cobalt-Oxid oder nickelreiche NMC-Verbindungen ermöglichen hohe Energiedichten, neigen jedoch bei hoher Ladung zur strukturellen Instabilität und Sauerstofffreisetzung, was exotherme Reaktionen verstärkt. Mit steigendem Nickelanteil sinkt die thermische Stabilität deutlich. NMC-811 setzt bereits bei etwa 215 Grad Celsius zur Zersetzung an, während NMC-111 erst bei rund 275 Grad Celsius thermisch instabil wird.
Lithium-Eisenphosphat (LFP) gilt dagegen als thermisch robuster, da seine Olivinstruktur selbst bei hohen Temperaturen jenseits von 300 °C keinen Sauerstoff freisetzt. Damit sind LFP-Akkus weniger anfällig für plötzliche Entladungen (Runaway). Dennoch ist LFP nicht pauschal "sicherer", da auch hier unter Extrembedingungen brennbare und toxische Gase entstehen können. In verschiedenen Schadensszenarien könnten wie bei NMC-Akkus beispielsweise hohe Konzentrationen von Fluorwasserstoff entstehen.
Fluorwasserstoff macht Brände gefährlich
Fluorwasserstoff selbst ist nicht brennbar. Es handelt sich chemisch gesehen bereits um ein Oxidationsprodukt, das keine Reaktion mit Sauerstoff eingeht und somit keine Flammen bildet. Die Gefahr bei einem Batteriebrand (egal ob NMC oder LFP) geht also nicht von der Entzündlichkeit des Gases aus, sondern von seiner extremen Toxizität und chemischen Aggressivität gegenüber Mensch und Material.
Tückisch ist nämlich, dass Fluorwasserstoff bei Kontakt mit unedlen Metallen (wie sie im Fahrzeugbau vorkommen) reagieren kann und dabei hoch brennbaren Wasserstoff freisetzt. Fluorwasserstoff ist ein typisches Zersetzungsprodukt, das entsteht, wenn das Leitsalz im Elektrolyten verbrennt. Während andere Bestandteile der Batterie das Feuer nähren, stellt der Fluorwasserstoff die primäre chemische Gefahr für Atemwege und Haut dar, da er sich bei Kontakt mit Löschwasser sofort in hoch ätzende Flusssäure verwandelt.
Natrium-Chemie sicherer
Natrium-Ionen-Batterien zeigen mehrere Sicherheitsvorteile: höhere Temperaturen bis zum Beginn des thermischen Durchgehens, geringere Wärmefreisetzung, geringerer Wasserstoffanteil in den Gasen (etwa 30 Prozent statt 42 Prozent bei LFP) sowie die Möglichkeit eines spannungsfreien Transports. Das reduziert insbesondere logistische Risiken.
Festkörperbatterien – vor allem oxidbasierte Varianten – verzichten komplett auf brennbare flüssige Elektrolyte. Sie erreichen sehr hohe thermische Stabilität, entwickeln kaum Gase und weisen deutlich langsamere Wärmeausbreitung auf. Allerdings sind auch hier Risiken möglich, etwa durch Schwefelwasserstoff bei sulfidbasierten Systemen.
Weiterentwicklung unverzichtbar
In ihrer im Fachjournal Journal of Power Sources veröffentlichten Studie "Comparative Safety Analysis of Current and Next-Generation Battery Technologies" kommen die Autoren zu dem Schluss: Batteriesicherheit ist kein statischer Endzustand, sondern ein kontinuierlicher Entwicklungsprozess.
Langfristig versprechen Festkörperbatterien inhärente Sicherheitsvorteile, während Natrium-Ionen-Technologie kurzfristig praktikable Verbesserungen bieten könnte. Gleichzeitig bleibt die Weiterentwicklung bestehender Lithium-Ionen-Systeme unverzichtbar, da sie weiterhin den Großteil der installierten und künftigen Energiespeicher ausmachen werden.
