Süddeutsche Zeitung

Materialforschung:Akkus: Gefahr im Handgepäck

  • Batterien sind gefährlich, weil sie sehr viel Energie in sehr kleinen Raum verpacken.
  • Im Normalbetrieb geben die Akkus ihre Energie dosiert ab, die Elektronen fließen kontrolliert. Wird die Batterie aber zu sehr strapaziert, gequetscht oder zerstört, kann der Kreislauf außer Kontrolle geraten.
  • Etwa drei Mal im Monat verzeichnen allein die amerikanischen Behörden derzeit einen Zwischenfall, bei dem ein elektronisches Gerät im Flugverkehr überhitzt, raucht, explodiert oder Feuer fängt.

Von Christoph von Eichhorn

Zum Beispiel Flug 2981, von Seattle nach Salt Lake City. Da sprühte ein iPhone plötzlich Funken in der Kabine. Oder Flug 90, von Newark nach Tel Aviv, als ein iPad sich zwischen zwei Sitzen verkeilte, sehr schnell sehr heiß wurde und zu qualmen anfing. Oder ein Flug von Houston nach Havanna im März: Da explodierte in einem Rucksack ein Powerpack, eine Ersatzbatterie für Elektronik, und es kam zu einem kleinen Brand an Bord.

Die Fälle hat die amerikanische Flugbehörde FAA zusammengetragen, sie stammen alle aus dem laufenden Jahr. Die drei Unfälle gingen glimpflich aus, doch die Liste solcher Vorfälle wird schnell länger. Etwa drei Mal im Monat verzeichnen allein die amerikanischen Behörden derzeit einen Zwischenfall, bei dem ein elektronisches Gerät im Flugverkehr überhitzt, raucht, explodiert oder Feuer fängt. In Deutschland zählte das Luftfahrtbundesamt 2017 drei solche Überhitzungen.

Praktisch immer ist die darin verbaute Lithium-Ionen-Batterie der Auslöser, also die Energiequelle des Geräts. Die Batterien sind deshalb so gefährlich, weil sie sehr viel Energie in sehr kleinen Raum verpacken. Im Normalbetrieb geben die Akkus ihre Energie dosiert ab, die Elektronen fließen kontrolliert von der Anode zur Kathode der Zelle, um das Gadget mit Strom zu versorgen. Wird die Batterie aber zu sehr strapaziert, gequetscht oder zerstört, kann der Kreislauf außer Kontrolle geraten.

"Das Überhitzen kann unterschiedliche Ursachen haben, zum Beispiel, wenn man aus Versehen auf das Gerät tritt", sagt der Elektrochemiker Falko Schappacher vom Batterieforschungszentrum MEET der Universität Münster. Bringt die Deformation die beiden Elektroden miteinander in Kontakt, könne das einen Kurzschluss auslösen. "Dann fließt plötzlich ein sehr großer Strom, der hohe Temperaturen bewirkt", sagt Schappacher. Eine Folge kann das gefürchtete "thermische Durchgehen" sein: Die Erwärmung beschleunigt chemische Reaktionen in der Zelle, was wiederum die Temperatur in die Höhe treibt. Dieser sich selbst verstärkende Prozess kann den Akku in Millisekunden in Brand setzen oder gar explodieren lassen, wenn die Batterie zusätzlich Wasserstoffgas freisetzt.

Besonders gefährlich ist es, wenn der Akku eines Gerätes im Frachtraum explodiert

So ein Risiko besteht natürlich auch am Boden, potenziert sich jedoch zur Gefahr für viele, wenn der Brand in 10 000 Meter Höhe ausbricht. Dabei sind Zwischenfälle in der Passagierkabine sogar noch das geringere Übel - dort lässt sich das außer Kontrolle geratene Gerät erfahrungsgemäß entdecken und notdürftig kühlen. Weit gefährlicher sei nach Ansicht von Experten ein Batteriebrand im Gepäckraum des Flugzeugs.

Bei Flugsicherheitsexperten steht das Thema derzeit weit oben auf der Agenda, seit Tests der FAA zu beunruhigenden Ergebnissen kamen. Die Flugsicherheitswächter hatten gezielt Laptops überhitzt, um einen Brand in einem Gepäckraum zu simulieren. In den meisten Fällen konnte das automatische Löschsystem das Feuer mit Halon ersticken. Kritisch wurde es aber, als die Tester den Laptop neben einem Druckbehälter platzierten, vergleichbar mit einem Deospray. 40 Sekunden nach dem thermischen Overkill der Batterie "trat ein schnell wachsendes Feuer auf, und die Dose explodierte", heißt es in einem Bericht dazu. Die Löschanlage war dann nicht mehr in der Lage, das Feuer schnell genug zu ersticken und es an der Ausbreitung zu hindern.

"Das könnte dann ein Problem verursachen, welches das Flugzeug gefährdet", sagte der Sicherheitsexperte Duane Pfund von der US-Materialaufsicht PHMSA kürzlich auf einer Konferenz amerikanischer Piloten. Ein Laptop könnte also, falls er zu nah an Kosmetikprodukten gepackt ist und seine Batterie zu sehr belastet wird, einen Passagierjet zum Absturz bringen. Die PHMSA warnt zudem davor, dass Batterien häufig ohne Gefahrgutkennzeichnung auf Passagierflügen als kommerzielle Fracht transportiert würden.

Die batteriebeheizten Socken fingen in einem Koffer an zu schmoren

Schon im November 2017 beriet die Internationale Zivilluftfahrtorganisation (ICAO) der Vereinten Nationen über die Gefahren von Lithium-Ionen-Akkus. Die Regeln der ICAO sind in der Regel weltweit bindend. Zur Debatte stand 2017 auch ein Verbot sämtlicher persönlicher elektronischer Geräte im aufgegebenen Gepäck. Jedoch konnte sich das Gremium trotz hitziger Diskussionen um die Gefahren nicht zu einer Entscheidung durchringen und vertagte das Thema. Unter anderem deshalb, weil unklar war, was überhaupt als elektronisches Gerät gelten sollte.

Die Frage wird kniffliger, da in immer mehr Alltagsgegenständen Elektronik steckt, und damit auch Batterien. Die amerikanische Luftfahrtbehörde schildert einen Fall, bei dem "batteriebeheizte Socken" in einem Koffer zu schmoren anfingen. Glücklicherweise bemerkte die Flughafencrew in Salt Lake City den Brandgeruch schon beim Einladen des Gepäcks, sodass die brennenden Socken nicht mit dem Flieger abhoben.

Airlines schlagen sich mittlerweile mit einer Vielzahl solcher Gadgets herum - Hoverboards, Drohnen, E-Zigaretten - die alle ganz unterschiedlich gebaut sind. Auch "smartes Gepäck" kommt derzeit in Mode. Diese Koffer enthalten selbst batteriebetriebene Elektronik, etwa zum Aufladen anderer Geräte oder als Diebstahlschutz. Koffer aus dem Kofferraum des Flugzeugs auszusperren, würde die Sache wohl völlig ad absurdum führen. Fluglinien handhaben den Transport von Elektronik teilweise unterschiedlich. Die Lufthansa erlaubt im aufgegebenen Gepäck Elektronik mit einer Batteriekapazität von 100 Wattstunden (Wh). Ersatzbatterien müssen ins Handgepäck, für Powerpacks gilt eine Obergrenze von 160 Wh.

Das Problem wächst: Zukünftig wird noch mehr Elektronik in der Luft unterwegs sein

Lässt sich das Problem technisch lösen? "Konstruktiv kann man die Sicherheit deutlich erhöhen", betont Batterieforscher Falko Schappacher. Wissenschaftler suchen beispielsweise nach neuen Elektrolytflüssigkeiten für das Innere von Lithium-Akkus, die nicht mehr so leicht entflammbar sind wie bisherige organische Substanzen. Auch an der Kathode ließe sich "durch neue Materialien, die thermisch stabiler sind, die Entflammbarkeit heruntersetzen", sagt Schappacher. Solche Vorkehrungen sind auch für Batterien von Elektroautos wichtig. Bei Fahrzeugen gibt es allerdings einen Vorteil: Platz. Ingenieure können dort die Batterie mit einem zusätzlichen Gehäuse sichern, sie mit Sensorik überwachen oder eine Kühlung einbauen. Dieser Raum geht Gadgets ab, die tendenziell immer kleiner werden müssen.

Selbst große Firmen wie Samsung sind anfällig für den Platzsparzwang: Beim Smartphone Galaxy Note 7 hatten die Ingenieure unter anderem einen zu dünnen "Separator" in den Akku eingebaut. Diese Schutzschicht trennt die beiden Kammern der Batteriezelle. Um Platz zu sparen, war der Separator beim Galaxy Note 7 nur wenige Mikrometer dick, was das Handy feueranfällig machte. Samsung zog es daraufhin 2016 aus dem Verkehr. Unter prominenten Marken ist solcher Pfusch jedoch selten. Batterieforscher sehen das Problem für den Flugverkehr eher bei No-Name-Herstellern, die Gadgets ohne große Qualitätskontrollen zusammenschrauben.

Prognosen deuten jedenfalls darauf hin, dass künftig viel mehr Elektronik in der Luft unterwegs sein wird als bislang. Vielleicht bekommen Fluggäste ja bald die Warnung zu hören: "Explodierende Socken bitte nur ins Handgepäck."

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Quelle:
SZ vom 13.08.2018/hach
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