Salzwasserüberschwemmungen stellen eine ernsthafte Brandgefahr für Elektrofahrzeuge und andere batteriebetriebene Geräte dar

Überschwemmungen durch die Hurrikane Helene und Milton verursacht Schäden in Milliardenhöhe im September und Oktober 2024 im Südosten, wobei Gebäude aus ihren Fundamenten gerissen und Straßen und Brücken untergraben wurden.Es verursachte auch Dutzende von Elektrofahrzeuge und andere batteriebetriebene Objekte, B. Motorroller und Golfwagen, Feuer fangen.

Einer Bilanz zufolge fingen 11 Elektroautos und 48 Lithium-Ionen-Batterien Feuer, nachdem sie dem Feuer ausgesetzt waren salziges Hochwasser von Helene.In einigen Fällen kommt es zu Bränden sich auf die Häuser ausbreiten.

Wenn ein Lithium-Ionen-Akku in Flammen aufgeht, wird es setzt giftige Dämpfe frei, brennt heftig und ist extrem schwer zu löschen.Oft bleibt den Feuerwehrleuten nur die Möglichkeit, das Feuer von selbst ausbrennen zu lassen.

Besonders wenn diese Batterien in Salzwasser eingeweicht werden, können sie „tickende Zeitbomben„, mit den Worten von Florida State Fire Marshall Jimmy Patronis.Denn der Brand entsteht nicht immer sofort, wenn die Batterie überflutet ist.Nach Angaben der National Highway Traffic Safety Administration etwa 36 Elektrofahrzeuge wurden durch Hurrikan Ian überschwemmt in Florida im Jahr 2022 Feuer gefangen, darunter mehrere, die nach dem Sturm auf Tiefladern abgeschleppt wurden.

Vielen Verbrauchern ist dieses Risiko nicht bewusst, und Lithium-Ionen-Batterien werden häufig in Elektrofahrzeugen und Hybridautos, E-Bikes und Rollern, elektrischen Rasenmähern und kabellosen Elektrowerkzeugen verwendet.

Ich bin ein Maschinenbauingenieur und ich arbeite daran, zur Lösung von Batteriesicherheitsproblemen in unserer zunehmend elektrifizierten Gesellschaft beizutragen.Folgendes sollten alle Besitzer über Wasser und die Gefahr von Batteriebränden wissen:

Die Bedrohung durch Salzwasser

Der Auslöser für Brände von Lithium-Ionen-Batterien ist ein Prozess namens „Thermal Runaway“ – eine kaskadierende Abfolge von Wärme freisetzenden Reaktionen innerhalb der Batteriezelle.

Unter normalen Betriebsbedingungen beträgt die Wahrscheinlichkeit, dass eine Lithium-Ionen-Zelle thermisch außer Kontrolle gerät weniger als 1 von 10 Millionen.Sie steigt jedoch stark an, wenn die Zelle elektrischer, thermischer oder mechanischer Belastung ausgesetzt ist, beispielsweise durch Kurzschluss, Überhitzung oder Durchschlag.

Ein besonderes Problem für Batterien ist Salzwasser, da sich darin Salz löst ist leitfähig, was bedeutet, dass elektrischer Strom leicht durch ihn fließt.Reines Wasser ist nicht sehr leitfähig, die elektrische Leitfähigkeit von Meerwasser hingegen schon mehr als tausendmal höher als das von Süßwasser.

Alle Batteriegehäuse für Elektrofahrzeuge verwenden Dichtungen, um den Innenraum vor den Elementen von außen abzudichten.Normalerweise haben sie das Wasserdichtigkeitsklassen von IP66 oder IP67.Obwohl diese Werte hoch sind, garantieren sie nicht, dass eine Batterie wasserdicht ist, wenn sie über einen längeren Zeitraum – beispielsweise mehr als 30 Minuten – in Wasser eingetaucht wird.

Batteriepacks verfügen außerdem über verschiedene Anschlüsse, um den Druck im Inneren der Batterie auszugleichen und elektrische Energie ein- und auszuleiten.Dies kann ein potenzieller Weg sein, über den Wasser in das Gehäuse des Rucksacks eindringen kann.Auch unzureichende Dichtheitswerte und Herstellungsfehler können dazu führen, dass Wasser in den Akku eindringt, wenn dieser eingetaucht wird.

Wie Wasser zu Feuer führt

Alle Batterien haben zwei Anschlüsse:Einer ist als positiv (+) markiert, der andere als negativ (-).Wenn die Anschlüsse an ein Gerät angeschlossen werden, das Strom für seine Arbeit benötigt, beispielsweise eine Glühbirne, kommt es innerhalb der Batterie zu chemischen Reaktionen, die dazu führen, dass Elektronen vom Minuspol zum Pluspol fließen.Das erzeugt einen elektrischen Strom und gibt die in der Batterie gespeicherte Energie frei.

Elektronen fließen zwischen den Anschlüssen einer Batterie, da die chemischen Reaktionen innerhalb der Batterie unterschiedliche elektrische Potenziale zwischen den beiden Anschlüssen erzeugen.Dieser Unterschied ist auch Spannung genannt.Wenn Salzwasser mit metallischen Batteriepolen mit unterschiedlichem elektrischem Potenzial in Kontakt kommt, die Batterie kann kurzschließen, Dies führt zu schneller Korrosion und Lichtbögen sowie zu übermäßiger Strom- und Hitzeentwicklung.Je leitfähiger die Flüssigkeit ist, die in den Akku eindringt, desto höher sind der Kurzschlussstrom und die Korrosionsrate.

Durch schnelle Korrosionsreaktionen innerhalb des Batteriepakets entstehen Wasserstoff und Sauerstoff, wodurch Materialien von den Metallanschlüssen auf der positiven Seite der Batterie korrodieren und sich auf der negativen Seite ablagern.Auch nach dem Abfließen des Wassers können diese abgelagerten Materialien feste Kurzschlussbrücken bilden, die im Batteriepack verbleiben und zu einem verzögerten thermischen Durchgehen führen.Ein Feuer kann entstehen Tage nachdem die Batterie überflutet ist.

Selbst ein vollständig entladener Akku ist bei Überschwemmung nicht unbedingt sicher.Eine Lithium-Ionen-Zelle hat selbst bei einem Ladezustand von 0 % immer noch eine Potenzialdifferenz von etwa drei Volt zwischen ihren Plus- und Minuspolen, sodass etwas Strom zwischen ihnen fließen kann.Bei einem Batteriestrang mit vielen Zellen in Reihe – eine typische Konfiguration in Elektroautos – kann die Restspannung immer noch hoch genug sein, um diese Reaktionen anzutreiben.

Viele Wissenschaftler, darunter auch ich und meine Kollegen, arbeiten daran, die genaue Abfolge von Ereignissen zu verstehen, die in einem Batteriepaket auftreten können, nachdem es Salzwasser ausgesetzt wurde, und zu einem thermischen Durchgehen führen können.Wir suchen auch nach Möglichkeiten, die Brandgefahr durch überflutete Batteriepakete zu verringern.

Dazu könnte gehören, bessere Möglichkeiten zur Abdichtung der Batteriepakete zu finden;Verwendung alternativer, korrosionsbeständigerer Materialien für die Batteriepole;und Aufbringen wasserfester Beschichtungen auf freiliegende Anschlüsse im Batteriepack.

Was Besitzer von Elektrofahrzeugen wissen sollten

Elektroautos sind in den meisten Fällen immer noch sehr sicher zu fahren und zu besitzen.In Extremsituationen wie Wirbelstürmen und Überschwemmungen ist es jedoch sehr wichtig, zu verhindern, dass die Batteriepakete von Elektrofahrzeugen in Wasser, insbesondere Salzwasser, eintauchen.Das Gleiche gilt auch für andere Produkte, die Lithium-Ionen-Batterien enthalten.

Für Elektrofahrzeuge bedeutet dies, dass Autos aus der betroffenen Zone evakuiert oder auf einer Anhöhe geparkt werden müssen, bevor es zu Überschwemmungen kommt.Kleinere Gegenstände wie E-Bikes und Elektrowerkzeuge können in die oberen Stockwerke von Gebäuden transportiert oder in hohen Regalen gelagert werden.

Wenn Sie ein Elektrofahrzeug besitzen, das stunden- oder tagelang in Wasser getaucht war, insbesondere in Salzwasser, empfehlen Experten für öffentliche Sicherheit Behandeln Sie es als Brandgefahr und es auf offenem Gelände abseits von anderem wertvollem Eigentum aufzustellen.Versuchen Sie nicht, das Gerät aufzuladen oder zu bedienen.Wenden Sie sich für eine Inspektion an den Hersteller, um den Batterieschaden festzustellen.

Oftmals muss ein überflutetes Elektrofahrzeug zur weiteren Inspektion abgeschleppt werden.Da es jedoch auch nach dem Untertauchen zu thermischem Durchgehen kommen kann, sollte das Auto nicht bewegt werden bis es professionell beurteilt wurde.