StartWissenThermal Runaway
02 · Brandphysik

Thermal Runaway: Wenn die Wärmeentwicklung die Wärme­abfuhr überholt.

Der Thermal Runaway ist der zentrale physikalisch-chemische Schadenprozess der Lithium-Ionen-Batterie. Eine sich selbst verstärkende Reaktion: Temperatur steigt, weitere Zellbestandteile zersetzen sich, dadurch entsteht noch mehr Wärme, und der Prozess beschleunigt sich. Ab einem bestimmten Punkt ist er nicht mehr durch einfache äußere Maßnahmen zu stoppen — die Energie wird im Inneren der Zelle freigesetzt.

Lesezeit: ca. 9 Min.Zielgruppe: Versicherer · Feuerwehren · Gerichte

Auslöser eines Thermal Runaway

Ein Thermal Runaway hat selten eine Ursache. Häufiger ist eine Verkettung aus latenter Vorschädigung und einem aktuellen Trigger. Die typischen Auslöser:

Gutachterlich zentral

Auslöser ist nicht zwingend Ursache

Eine Zelle, die beim Lade­vorgang durchgeht, ist nicht zwingend wegen des Lade­vorgangs versagt. Eine bereits vorhandene innere Vorschädigung — Wochen oder Monate alt — kann durch den Lade­vorgang lediglich getriggert worden sein. Wer Auslöser und Ursache vermischt, ordnet Verantwortlichkeiten falsch zu. Beweissicher ist nur die saubere Trennung dieser beiden Ebenen.

Phasen der sich selbst verstärkenden Reaktion

Phase I — beginnende Erwärmung (≈ 60–90 °C)

Die SEI-Schicht (Solid Electrolyte Interphase) auf der Anode beginnt sich zu zersetzen. Lithium-Plating, Dendriten­wachstum oder lokale Druck­stellen verändern die Zell­chemie. Sichtbar wird das oft noch nicht — aber Zellspannung und Innenwiderstand verändern sich messbar.

Phase II — Separator­degradation, interner Kurzschluss (≈ 90–130 °C)

Der Separator schmilzt oder schrumpft lokal. Anode und Kathode kommen in direkten Kontakt. Es fließt ein interner Kurzschluss­strom, der lokal große Wärme­mengen freisetzt. Spätestens hier ist der Vorgang nicht mehr durch einfache äußere Kühlung beherrschbar.

Phase III — Elektrolyt­zersetzung & Gasbildung (≈ 130–200 °C)

Der organische Elektrolyt verdampft und zersetzt sich. Es entstehen brennbare Gase (CO, H₂, CH₄, C₂H₄ u.a.) und je nach Elektrolyt fluorhaltige Verbindungen (HF). Der Innendruck steigt. Sicherheits­ventile öffnen oder Gehäuseteile bersten („Venting").

Phase IV — sich selbst verstärkende Reaktion (> 200 °C)

Bei NMC- und NCA-Kathoden setzt das Gitter Sauerstoff frei. Die Zelle benötigt für einzelne Reaktionen keine externe Sauerstoffzufuhr — eine reine Erstickung wirkt nicht. Es kommt zu Flammenstrahlen, Gasraum­zündungen, Auswurf glühender Bestandteile.

Phase V — Propagation auf Pack-Ebene

Benachbarte Zellen werden thermisch mitgerissen, oft nicht synchron, sondern sequentiell. Ein Pack kann über Stunden bis Tage fortschreitend brennen. Wieder­entzündung nach scheinbar erfolgreicher Löschung ist Teil des Schadenbildes — und einer der gefährlichsten Aspekte für Einsatzkräfte und Quarantäne­konzepte.

„Explosion"? — die fachliche Einordnung

Viele Akku­ereignisse wirken für Zeugen explosionsartig. Technisch handelt es sich jedoch in der Regel nicht um eine Explosion im sprengtechnischen Sinne. Was beobachtet wird, ist eines oder mehreres der folgenden Phänomene:

Die Unterscheidung zwischen „Explosion", „Verpuffung", „Bersten" und „Venting" ist nicht akademisch. Sie ist versicherungsrechtlich erheblich und beeinflusst Polizei­berichte, Lösch­konzepte und Gerichts­entscheidungen.

Was den Verlauf beschleunigt — und was ihn bremst

Beschleunigend

Hoher SoC, NMC/NCA-Chemie, dichte Pack-Bauweise ohne thermische Trennungen, geschlossene Räume mit Wärme­stau, Beschädigung des Pack-Gehäuses, fehlende Branddetektion.

Bremsend

Niedriger SoC, LFP-Chemie, thermische Barrieren zwischen Zellen, gezielte Pack-Entgasung nach außen, frühzeitige aktive Kühlung, freier Aufstellort.

Was Sachverständige aus den Spuren lesen

Die Spuren auf Pack- und Zellebene erlauben — bei sauberer Beweis­sicherung — eine erstaunlich präzise Rekonstruktion:

Brand mit unklarer Ausgangs­zelle? Wir rekonstruieren die Kausalkette.

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