Rückschlag für den Akku der Zukunft?

Nach bisherigen Erkenntnissen haben sie eine höhere Haltbarkeit als Lithium-Akkus. Und bisher hielt man diese Batterien der nächsten Generation, die als Ausgangs-Rohstoff billiges Kochsalz (Natriumchlorid) nutzen können, sogar für sicherer. Doch jetzt hat die Bundesanstalt für Materialprüfung (BAM) die Widerstandsfähigkeit dieser Technologie bei Unfällen geprüft. Ergebnis des Crashtests: Natrium-Ionen-Akkus sind erheblich brandgefährlicher als konventionelle Elektroauto-Batterien.

Bei dem Test wurde ein Metallstift in eine Batteriezelle geschlagen, um einen Schaden zu provozieren. Dieser sogenannte Nagelpenetrationstest ist ein international anerkanntes Verfahren, um die Widerstandsfähigkeit von Batterien zu bewerten. Der Schock durch den Einschlag kann – je nach Bauart – zu starker Erwärmung und in der Folge zum thermischen Durchgehen (Englisch "Thermal Runaway") führen, also einer unkontrollierten, extrem schnellen Entzündung.

Genau so verhielt sich der Natrium-Ionen-Akku: Die Erwärmung hatte einen "nahezu explosionsartigen Verlauf", fasst die BAM zusammen. Parallel wurden zwei Lithium-Ionen-Zellen der gängigen Bauweisen Nickel-Mangan-Cobalt (NMC) und Eisenphosphat (LFP) demselben Test unterzogen. Beim NMC-Akku ist bekannt, dass er auf Beschädigung empfindlich reagiert; hier funktionierten die eingebauten Sicherheits-Maßnahmen. Der LFP-Akku hingegen "erwies sich als besonders stabil".

Glück im Unglück: Ursache für das Durchgehen der beschädigten Natrium-Zelle war laut BAM nicht die Zellchemie an sich, sondern ein Versagen des Entlüftungssystems der Zelle. Es soll dafür sorgen, dass ein Überdruck, etwa durch starke Erhitzung, kontrolliert abgebaut wird. Doch aufgrund des überraschend schnellen Druckanstiegs wurden die Öffnungen verstopft, was erst die heftige Reaktion bewirkte.

"Unsere Untersuchungen zeigen, dass Sicherheitsmechanismen nicht einfach von einer Batterietechnologie auf eine andere übertragen werden können", sagt Nils Böttcher, Leiter des Batterietestzentrums der BAM. Dementsprechend sind Natrium-Akkus nicht vom Tisch – die Technologie muss aber weiter erforscht werden, um adäquate Sicherungssysteme für den Schadensfall zu finden.

Die BAM entwickelt künftig Standards und Normen im Bereich der Sicherheit von Natrium-Ionen-Batterien. Der Test wurde am Teilchenbeschleuniger European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) im französischen Grenoble durchführt. Eigens für die Untersuchung hat das Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik (EMI) eine Prüfkammer konstruiert, in der mit Hochgeschwindigkeits-Röntgenaufnahmen der Prozess in einzigartiger Präzision dokumentiert werden konnte.