Problemstellung
Im Falle eines Thermal Runaway bei Lithium-Ionen-Batterie-Zellen werden verschiedene Gase und Feststoffe freigesetzt, die potenziell gesundheitsgefährdende Eigenschaften aufweisen können. Das Verständnis dieser Emissionen ist entscheidend, um Risiken für Mensch und Umwelt zu minimieren.
Prozessbeschreibung
Ein Thermal Runaway kann im Labor durch gezielte Beheizung der Zellen ausgelöst werden. Bei Temperaturen über 150°C treten in den Zellen mehrere destabilierende Effekte auf, darunter:
- Zersetzung des Aktivmaterials
- Verdampfen des Elektrolyts, was zu einem Druckaufbau führt
- Zerstörung des Separators
Diese Prozesse setzen die in der Zelle gespeicherte elektrische Energie in Form von Wärme frei und verursachen eine exotherme Reaktion. Gleichzeitig werden verschiedene chemische Stoffe freigesetzt, die teils erneut miteinander reagieren, wobei Substanzen entstehen können, die gesundheitsgefährdend sind.
Methoden zur Emissionsbestimmung
- Gasemissionen: Die freigesetzten Gase werden mittels eines Fourier-Transformations-Infrarotspektrometers (FTIR) analysiert. Diese Methode ermöglicht eine präzise Identifizierung und Quantifizierung der gasförmigen Emissionen.
- Feststoffemissionen: Die austretenden Feststoffe werden aufgefangen und anschließend mit einer Energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX) auf ihre chemische Zusammensetzung hin untersucht.
Fazit
Die Untersuchung von Gas- und Feststoffemissionen bei einem Thermal Runaway in Lithium-Ionen-Batterien liefert wertvolle Erkenntnisse über die potenziellen Gefährdungen durch austretende Substanzen. Die durchgeführten Tests tragen dazu bei, die Sicherheitsvorkehrungen und die Risikobewertung für den Umgang mit Lithium-Ionen-Batterien zu verbessern.
