Sikker opbevaring af lithium-ion batterier

Lithium-ion-batterier er en forholdsvis ny teknologi. Dog har den siden dens introduktion i begyndelsen af 90’erne haft stor indflydelse på markedet for lagring af energi, og lidt efter lidt har den erstattet gamle teknologier. I dag er lithium-ion-batterier ikke længere til at overse i hverdagen - og det med god grund:
De er små og effektive og derfor meget interessante til en lang række anvendelsesområder. Ikke kun smartphones og tablets får deres energi fra lithium-ion-batterier, også på området for elcykler og elbiler spiller disse batterier en store rolle. Lithium batterier har en meget højt energitæthed, en lav egenvægt og oplader hurtigt.

Bagsiden af medaljen: Igen og igen hører man om farlige hændelser i forbindelse med lithium-ion-batterier. I 2017  vækkede en brand i et parkeringshus i Hannover opsigt - branden opstod pga. batteriet på en el cykel. I 2018 døde en mand i Hamborg ved eksplosionen af en batteri oplader. Det er ikke til at tage fejl af: Eksplosioner og brande fra lithium-ion-batterier kan have katastrofale konsekvenser, forårsage dyre følgeskader og i værste fald koste liv. Derfor er det et presserende spørgsmål - ikke kun for privatpersoner, men også for virksomheder - hvordan man kan håndtere og opbevare dem sikkert og forsvarligt.

Iht. arbejdsmiljøloven skal både arbejdets udførelse samt selve arbejdsstedet være indrettet således, at det sikkerheds- og sundhedsmæssigt er fuld forsvarlig.
Vi vil her gerne give råd og vejledning og tager et detaljeret kig på de potentielle farer ved lithium-ion-batterier samt give nogle værdifulde tips for at undgå ulykker.



Sådan fungerer et lithium-ion batteri

For at vurdere faren ved lithium-ion-batterier kan det være nyttigt at vide, hvordan de virker.
Godt at vide:
Der findes ikke "dette éne" lithium-batteri. Nej, i stedet for findes der et stort antal af forskellige energi lagersystemer, hvor lithium anvendes i ren eller bundet form. Man skelner mellem primære (ikke genopladelige) og sekundære (genopladelige) lithium-ion-batterier. Som regel er det den genopladelige version der bliver snakket om.


Sådan fungerer et lithium-ion batteri

Det mest kendte lithium-ion-batteri er med flydende elektrolyt. Afhængig af ydelsesevnen består et batteri af flere celler og enhver lithium-ion-celle består af en positiv og en negativ elektrode, som kaldes anode og katode. Imellem dem befinder sig en ion-ledende elektrolyt. Elektrolytten er det stof som garanterer transporten af lithium-ionerne mellem elektroderne ved op- eller afladning. Det er også den flydende elektrolyt, som kan være skyld i, at batteriet overopheder.
En anden vigtig del er separatoren. Den forhindrer den direkte kontakt mellem anode og katode og forhindrer således en kortslutning. Under afladning frigives lithium-ioner og elektroner på anode-siden. Elektronerne strømmer gennem det eksterne kredsløb og gør det elektriske arbejde. Samtidig strømmer lithium-ionerne vha. elektrolytten og separatoren til katoden. Ved opladning er det omvendt.

Afhængig af mærket kan opbygningen og materialerne af lithium-ion-batterier variere, og nogle batterier er mere sikre end andre. Der kan være stor forskel på, hvilken kemi der anvendes i batterierne.
I lithium-polymer-batterier integreres elektrolytten i den molekylære konstruktion med en polymerfolie. På den måde er der ikke brug for en særskilt separator. Lithium-polymer-batterier kan kun afgive en lav afladestrøm. Dog muliggør polymerfolien en flad konstruktion og disse batterier bruges til mobiltelefoner og bærebare computere.
Tyndfilm-lithium-celler er energilagre, hvor elektrolytterne erstattes af en ionledende gas. Dette muliggør brug af lithium-metal og dermed en ekstremt høj energitæthed.
Denne teknik er i øjeblikket en vigtig del af lithium-energilagrings-forskningen.


Hvor farligt er lithium-ion-batteriet?

Ved hjælp af de nuværende produktionsstandarder anses lithium-batterier for at være forholdsvis sikre.
Producenterne udfører som regel allerede forskellige sikkerhedstests inden produktet kommer på markedet.
Transport af litium-energilagrings enheder er f.eks. kun tilladt med testcertifikat iht. UN 38.3.
For at få tildelt dette certifikat skal der gennemføres forskellige testserier, hvor batterierne testes under forskellige transportforhold.
Der testes bl.a.:

  • Højde simulering

  • Termisk test

  • Vibrationer

  • Slag

  • Ydre kortslutning

  • Crash test

  • Overbelastning

  • Tvungen udledning

Ved disse tests kan batterierne blive belastet ud over deres grænser og derfor gennemføres de under strenge sikkerhedsforanstaltninger. Her ses også, hvor vigtigt det er, at have fuldstændig styr på f.eks. temperatur, ladning, afladning, automatisk frakobling ved fejl, for at undgå brand i et lithium-ion batteri. 
Mange af vores kunder gennemfører egne tests i DENIOS’ testrum for at verificere batteriernes sikkerhed i forbindelse med deres produkter.

For at øge sikkerheden af lithium-ion-batterier, kan batteri producenterne udstyre dem med forskellige sikkerhedsfunktioner allerede på celleplan. Den flydende elektrolyt i cellen en brændbar, og her kan der f.eks. tilsættes brandhæmmende additiver for at sikre en bedre beskyttelse.
At anbringe batteriet i et crash- og korrosionssikret kabinet med brandhæmmende skum kan også være en effektiv foranstaltning.
Ikke desto mindre bør man være særlig forsigtig med at håndtere lithium-ion-batterier - de kan forårsage meget farlige brande, og udover det, er der risiko for at batterierne udvikler giftige dampe, som man ikke umiddelbart kan se eller lugte.
Håndteres eller opbevares lithium-ion-batterier forkert, kan de udgøre en betydelig sikkerhedsrisiko. Tekniske fejl fra fabrikkens side kan heller aldrig udelukkes helt.
Problemet er, at hvis der sker noget, er følgerne ofte katastrofale både personligt og materielt.
Materialer med høj energitæthed og meget brandfarlige elektrolytter danner bogstaveligt talt en brandfarlige blanding ved uhensigtsmæssig brug og opbevaring.
Efterfølgende vil vi gerne give dig nogle oplysninger om de hyppigste årsager til brande pga. lithium-ion-batterier:

Brandfare ved overopladning eller for høje temperaturer

Når lithium-ion-batterier overoplades eller udsættes for meget høje temperaturer, kan cellerne blive overophedet.
Den såkaldte thermal runaway er en stærk eksoterm reaktion, som kan antænde lithium og forårsage en metalbrand. Når en lithium-ion-battericelle først overgår til thermal runaway, kan den ikke slukkes.
Den høje varme fører til fordampning af elektrolyt-væsken, hvilket resulterer i yderligere varme og dannelse af brændbare gasser.
Når antændelsestemperaturen overskrides, antændes gassen og sætter ild til lithium batterierne.
Hvis der opstår thermal runaway bare i én enkelt celle, er det nok til at overophede batteriets tilgrænsende celler, så der opstår en kædereaktion.
Er kædereaktionen først sat i gang tager det ikke mange minutter før batteriet eksploderer og brænder.

Brandfare ved dybafladning

Også dybafladning kan føre til ildebrand. Bliver lithium-ion-batterier ikke brugt i længere tid, kan de bliver helt afladet. Kolde temperaturer - f.eks. om vinteren - kan fremme denne effekt.
Denne proces fører ligeledes til nedbrydning af den flydende elektrolyt og efterfølgende til dannelse af let antændelige gasser.
Prøver man at genoplade lithium-ion-batterierne, kan den tilførte energi ikke længere konverteres korrekt pga. manglende elektrolyt-væske.
Dette kan forårsage kortslutning eller ildebrand.

Brandfare ved mekanisk skade

Ved håndtering og brug af lithium-ion-batterier er der altid risiko for, at batterierne tager skade. Kollision af køretøjer, frit fald på hårdt underlag eller skader ved forkert opbevaring er kun nogle få eksempler. Bliver cellerne herved deformeret, kan det føre til kortslutning og resultere i brand.
Urenheder ved produktion af cellerne kan heller aldrig udelukkes helt.
I sjældne tilfælde kan partikler, som ved en fejl trænger ind i cellerne under produktionen, beskadige dem indefra. Dette kan ligeledes medføre kortslutninger.

 

 

Når lithium-ion-batterier brænder, er det en brand, som er meget svært at slukke. Slukningsforsøg med inerte midler er for det meste forgæves, da lithium-ion-batterier selv generer den nødvendig ilt til branden. Kun specielle metal pulverslukkere og -granulater er egnet til at slukke brande af brandklasse D. Men når branden først har bredt sig, er de heller ikke så velegnede længere (problemet er f.eks. fordelingen over hele området).
Alligevel kan det være tilrådeligt, at have en tilstrækkelig mængde pulverslukkere og -granulat på lager som foranstaltning samt for at have mulighed for at slukke branden mens den stadig er "under opsejling".
Ved at tildække ilden med "Extover" slukningsgranulat fordamper ilten og dermed adskilles den fra brændstoffet. Ligesom glas smelter Extover ved en bestemt temperatur. Granulatet absorberer meget varme i form af smelteenergi, afkøler ilden og danner samtidig en uigennemtrængelig kappe over brandbelastningen. En reaktion med ilt forhindres effektivt.

Der er forskellige synspunkter mht. at bruge vand som slukningsmiddel. Eftersom lithium er stærkt reaktivt, bliver vand som slukningsmiddel tit frarådet. De seneste undersøgelser tyder dog på, at større mængder vand godt kan inddæmme og bekæmpe lithiumbrande. Som forklaring kan det være værd at nævne køleeffekten, som nedsætter cellernes reaktion. Spredning af branden kan for så vidt også reduceres ved at ilden ikke breder sig til andre medier.
Der skal dog bruges en meget større mængde vand i forhold til almindelige brande. For at øge succesen og reducere vandmængden kan der tilføres forskellige additiver til slukningsvandet. Generelt er det vigtigt, at vurdere virksomhedens risici og udvikle et individuelt sluknings- og brandbeskyttelses koncept i samarbejde med eksperter og forsikringen.
Desværre er en brand ikke den eneste risiko i forbindelse med lithium-ion-batterier. Der er også fare for, at skadelige medier såsom salt- eller flussyre udskilles fra batteriets indre. I form af dampe kan disse medier skade medarbejderne ved kontakt med huden eller ved indånding. Under slukningen med vand kan syrerne fortyndes, sive ned i jorden og forårsage miljøskader (hvis ikke der er egnede opsamlingsmuligheder såsom et opsamlingskar).

Generelt: Farepotentialet for lithium-ion-batterierne øges i takt med den stigende energi batterierne kan lagre og med mængden af batterier der opbevares. Disse omstændigheder samt de individuelle forhold, processer og organisatoriske betingelser skal altid tages med som led i risikovurderingen.


Foranstaltninger til forebyggelse af skader

Opbevaring af lithium-ion-batterier er en udfordring for mange virksomheder. Som en del af risikovurderingen skal farer og belastninger ved håndtering af farlige medier identificeres og sikkerhedsforanstaltninger etableres.
Indtil videre findes der desværre ingen klare lovbestemmelser til opbevaring af lithium-ion-batterier.
Dermed påhviler det virksomheden selv, at fastlægge og realisere egnede foranstaltninger. Bl.a. på grund af det store antal forskellige typer batterier er det aktuelt ikke muligt, at definere generel egnede foranstaltninger eller koncepter. Det er derfor nødvendigt, at vurdere hvert enkelt tilfælde for sig selv.
Der anbefales et samarbejde med brandvæsenet, forsikringen og myndighederne for at udarbejde et universelt koncept mht. de individuelle forhold. Som ekspert for miljøbeskyttelse og opbevaring af farlige medier vil DENIOS selvfølgelig også gerne rådgive dig.
Nedenfor finder du en række gode råd, hvor du kan finde oplysninger om opbevaring af lithium-ion-batterier:


Producentens oplysninger

Principielt giver producenten generelle henvisninger til håndtering og opbevaring af sine produkter - f.eks. mht. optimale drifts- og lagertemperaturer. Disse oplysninger, som man normalt finder i brugsvejledninger og sikkerhedsdatablade, skal overholdes nøje.
Ifølge arbejdsmiljøloven må stoffer og materialer med egenskaber, der kan være farlige for eller i øvrigt forringe sikkerhed eller sundhed, kun fremstilles og anvendes ved arbejdsprocesser og -metoder, der effektivt sikrer de beskæftigede mod ulykker og sygdomme. Herud kan man også drage konklusioner til risikovurderingen.

Informationsblad fra VdS

Den tyske VdS Schadenverhütung GmbH har udgivet et informationsblad, som indeholder oplysninger om skadeforebyggelse mht. lithium-ion-batterier i produktions- og lagerområder. VdS anbefaler, at inddele Lithium-ion-batterier i tre forskellige kategorier:
Lithium-ion-batterier med lav kapacitet, medium kapacitet og høj kapacitet. Der anbefales generelle sikkerhedsregler samt specifikke regler for opbevaring iht. kategorierne.
Det følgende billede giver dig et overblik:

 

 

Med hensyn til disposition af lithium-ion-batterier i produktionen råder VdS til, at dække det daglige behov, ved at reducerer mængden til et minimum.
Ud over det skal der være egnet brandslukningsudstyr til rådighed.


Gode råd til opbevaring og håndtering af lithium-ion-batterier

Vi har samlet nogle gode råd til opbevaring og håndtering af lithium-ion-batterier.
Den generelle anbefaling er, at anse lithium-ion-batterier for at være et farligt medie og håndtere dem tilsvarende, dvs. at gennemføre en risikovurdering, træffe egnede foranstaltninger, udfærdige sikkerhedsinstruktioner og undervise medarbejderne i håndteringen af farlige medier.
 

Generelle sikkerhedsinstruktioner til den daglige håndtering af lithium-ion-batterier i fem punkter:

Undgå termiske belastninger
Undgå termiske belastninger
Ingen kontakt med fugt
Ingen kontakt med fugt
Brug kun egnede opladere
Brug kun egnede opladere
Omtanke ved opladning
Omtanke ved opladning
Undgå beskadigelse
Undgå beskadigelse

Termiske belastninger kan ikke kun påvirke lithium-ion-batteriets levetid, men også sikkerheden. Batterierne skal ikke udsættes for permanent høje temperaturer eller varmekilder. Dette omfatter også direkte sollys.
Længerevarende kulde bør også undgås fordi det kan føre til dybafladning. Bliver dybafladede lithium-ion-batterier sat til opladning kan det medføre brand. Det anbefales at vente en time, før batteriet oplades efter længerevarende kuldepåvirkning. Overhold derfor producentens anbefalede drifts- og lagertemperaturer.

Kontakt med fugtighed (f.eks. nedbør, kondensvand eller stænk) kan føre til en kortslutning. Derfor bør lithium-ion-batterier altid opbevares tørt og beskyttes mod fugtighed under både transport og håndtering.

En af de mest almindelige årsager til batteri brande - især i hjemmet, er brugen af ikke kompatible opladere. Disse kan f.eks. have en højere spænding en nødvendigt og dermed ødelægge batteriet. Brug derfor altid opladere, som er beregnet til brug i forbindelse med dit lithium-ion-batteri.

Ud over brug af forkerte opladere, er der yderligere risici forbundet med opladningen. Oplad ikke lithium-ion-batterier over længere tid, når de ikke bruges. Det er heller ikke en god ide, at have brændbare materialer liggende ved siden af. Hvis du har mulighed for det, så læg batteriet på et beton- eller flisegulv under opladningen. Når du efterfølgende vil opbevare lithium-ion-batteriet, anbefales et opladningsniveau SoC - State of charge) på 30%. Derved reduceres energimængden, som kan forvolde skade hvis det bliver alvor.

OBS!: Batteriet bør altid have et vist minimums opladnings niveau, for at undgå dybafladning.
Følg producentens anvisninger.

Mekaniske skader kan medføre deformation af cellerne inden i batteriet og derved føre til kortslutning.
Sørg for, at lithium-ion-batteriet ikke bliver udsat for slag, stød eller kollision. Batterier med skader bør under ingen omstændigheder bruges, men fjernes med det samme og bortskaffes efter forskrifterne. For en sikkerheds skyld bør batteriets poler sikres, f.eks. ved hjælp af polhætter. Lithium-ion-batterier må selvfølgelig aldrig adskilles, åbnes eller knuses.


Ændringer og fejl er forbeholdt. Alle givne oplysninger er blevet undersøgt nøje. Ikke desto mindre kan DENIOS ikke påtage sig nogen form for garanti eller ansvar overhoved mht. aktualitet, korrekthed, fuldstændighed eller kvalitet af oplysningerne.


Løsningen fra DENIOS – Individuelt siden 08/15

Afhængigt af oplagrings situationen er det vigtigt at vurdere, hvilke risici der kan opstå med sandsynlighed og med hvilke konsekvenser. Der er ingen standardløsning her - snarere skal dine individuelle krav evalueres nøjagtigt, og sikkerhedskonceptet skal tilsvarende tilpasses. Det er vigtigt at involvere ejendomsforsikringsselskaber i konceptet om strukturelle sikkerhedsforanstaltninger på et tidligt stadium - og at vælge en producent med årtiers ekspertise inden for opbevaring af farlige medier. Vi hjælper gerne med mange års erfaring og viden på området.

Tekniske lithium-containere: Skræddersyet og tilpasset

Den potentielle fare for opbevaring af lithium-ion-batterier giver særlige udfordringer for lagringssystemer. Her tilbyder vi dig sikkerhedsrum specielt designet til dette formål. Ud over at sikre en 90 minutters brandsikring indeni og udenfor systemerne, kan de også udstyres med en lang række sikkerhedsfunktioner: Disse omfatter trykaflastnings-låge i taget, tekniske ventilationssystemer, kontrolsystemer (f.eks gas-detektorer, temperatur overvågning eller Brand detektor), integrerede slukningssystemer eller integrerede opsamlingskar for optimal sikkerhed i tilfælde af en ulykke. Hvis du vil teste lithium-ion-batterier, vil vi designe det optimale, sikre testrum for dig. Testrum kan realiseres for eksempel som en klima "container", som gør det muligt at teste energilagring inden for forskellige temperaturområder.

Selvom der ikke er nogen generelle regler om opbevaring af energilagring med lithium-ion batterier, kan en lithium container individuelt tilpasses til dine krav og behov. Afhængigt af styrken og mængden der skal opbevares, kan risici variere meget, derfor er vores ingeniører uddannet i at udvikle et optimalt og skræddersyet koncept, sammen med dig, til din opbevaring eller dit testrum.


Vidste du det? Mange virksomheder stoler på DENIOS når det drejer sig om sikker opbevaring af lithium-ion-batterier. DENIOS har allerede realiseret testrum til mange kunder.

Vi vil meget gerne rådgive dig

Allerede tilbage i 1986 begyndte DENIOS at opbygge sin kompetence inden for lagring og håndtering af farlige medier i henhold til loven. Vi kender til de mange forpligtelser virksomhederne skal opfylde, for at leve op til det daglige ansvar samt lovkrav. På baggrund af denne viden kan vi også hjælpe vores kunder mht. opbevaring af lithium-ion-batterier. Du er altid velkommen til at kontakte os!

  • Rådgivning: Tel. 76 24 40 80
  • Kontakt