Thermal runaway

In de afgelopen jaren zijn lithium‑ion‑accu’s alomtegenwoordig geworden. Ze zitten in gereedschap, e‑fietsen, e‑scooters, laptop‑batterijen en in het accupakket van elektrische voertuigen. Ondanks hun efficiëntie zijn deze accu’s gevoelig voor het fenomeen thermal runaway. Dat is een proces waarbij de temperatuur in een batterijcel zo hoog oploopt dat er een ongecontroleerde kettingreactie ontstaat. Wie regelmatig het nieuws volgt, kent de beelden van brandende accu’s, exploderende e‑scooters of elektrische auto’s die urenlang blijven smeulen. Maar wat gebeurt er precies bij een thermal runaway, hoe ontstaat het en waarom is het zo moeilijk te blussen?

Wat is thermal runaway?

De term thermal runaway komt uit de techniek en staat voor een positief feedbackproces: een temperatuurstijging versnelt een exotherme reactie, die vervolgens nog meer warmte vrijmaakt. In de chemie leidt dit tot ongecontroleerde thermische explosies; in de elektronica tot defecte transistoren; en in lithium‑ion‑accu’s tot zogeheten batterijbrand. Onder normale omstandigheden zetten batterijcellen chemische energie om in elektrische energie. Wanneer een cel beschadigd, overbelast of oververhit raakt, ontstaan ongewenste chemische reacties die warmte en giftige gassen produceren. De hitte versnelt deze reacties, waardoor er nog meer warmte vrijkomt. Op een bepaald moment wordt de warmteontwikkeling zelf‑onderhoudend en spreekt men van thermal runaway.

Onderzoekers van het Nederlands Instituut Publieke Veiligheid beschrijven thermal runaway als een ongewenst chemisch proces waarbij de temperatuur in een batterijcel snel stijgt. Dit kan veroorzaakt worden door thermische, elektrische of mechanische storing. De warmte laat naastliggende cellen ook in thermal runaway gaan, waardoor het proces zich door het hele accupakket verspreidt. Tijdens dit proces komt een mengsel van ontvlambare en toxische gassen vrij dat meestal direct ontsteekt. Omdat de chemische reacties zichzelf in stand houden en kunnen doorlopen wanneer de vlammen ogenschijnlijk zijn gedoofd, is het extreem moeilijk om het proces van buitenaf te stoppen.

Hoe ontstaat een thermal runaway in lithium‑ion‑accu’s?

Thermal runaway wordt vaak gestart door een interne kortsluiting. Als een batterijcel wordt misbruikt – bijvoorbeeld door oververhitting, doorboren, verplettering of overladen – veranderen de normale elektrochemische reacties in chemische reacties die hitte en brandbare gassen genereren. De geproduceerde warmte maakt het membraan (separator) tussen de elektrodes week en uiteindelijk smelt het, waardoor de elektrodes elkaar raken en er een interne kortsluiting ontstaat. Bij een kortsluiting warmt de cel zo snel op dat de temperatuurstijging niet meer kan worden afgevoerd. De hitte tast nabijgelegen cellen aan en leidt tot thermische propagatie, waarbij één cel na de andere in thermal runaway raakt. In een module of batterijpakket kan zo’n kettingreactie razendsnel overslaan naar alle cellen.

Ontvlambare gassen en explosiegevaar

Terwijl de accu zich verhit, vormen de vrijkomende gassen een witte dampwolk. Zodra zuurstof zich met deze damp mengt en de hitte blijft stijgen, kan de cel ontbranden en volgen omliggende cellen hetzelfde lot. In sommige gevallen kan de dampwolk explosief ontbranden, wat een groot risico vormt voor hulpverleners en omstanders. Naast brandgevaar bestaat er bij thermal runaway dus ook een gevaar voor vapor‑cloud‑explosies, waarbij de vrijgekomen gassen in één klap ontbranden.

Waarom is een accubrand zo moeilijk te blussen?

Lithium‑ion‑batterijen reageren vaak slecht op traditionele blusmiddelen zoals poeder, schuim of water. De batterijen genereren tijdens een thermal runaway zelf zuurstof, waardoor het vuur blijft branden, zelfs als de omgeving van zuurstof wordt afgesloten. Het contact van lithium met water kan brandbaar waterstofgas produceren. Door de hoge temperaturen kan de batterij weer ontbranden, zelfs nadat het vuur met water of schuim is geblust. Daarom duurt de brandbestrijding van een elektrische auto soms vele uren en zijn duizenden liters water nodig.

Waarom Bridgehill‑branddekens zo goed werken

Als een lithium‑ion‑batterij eenmaal in thermal runaway is geraakt, is het doel niet alleen om de vlammen te doven, maar vooral om de hitte en giftige gassen te isoleren. Bridgehill isoleert accubranden met speciale branddekens die ontworpen zijn om het vuur in te dammen. Het gebruik van poederblussers of water is beperkt door de zelfvoorzienende chemische reacties in de accu. Bridgehill‑branddekens daarentegen kunnen de brand binnen enkele seconden isoleren en binnen enkele minuten de vlammen doven.

Hoe werkt het?

De Bridgehill‑dekens bestaan uit hoogwaardig pyrogeen weefsel met een polymeersiliconencoating en zijn getest voor gebruik bij temperaturen tot ongeveer 1600 °C op korte termijn en 1200 °C op lange termijn. Wanneer de branddeken over een brandende accu wordt gelegd, sluit deze de zuurstoftoevoer af en houdt de vlammen en rook tegen. Dat beperkt de blootstelling aan giftige en kankerverwekkende stoffen. Di is de eenvoudigste, veiligste en meest effectieve oplossing om lithiumbatterijbranden – zoals die in e‑scooters, e‑bikes en accupacks – te isoleren. De deken houdt de brand urenlang geïsoleerd, zodat hulpdiensten voldoende tijd hebben om de batterij veilig onder te dompelen of af te voeren.

De voordelen op een rij:

• Isolatie van giftige gassen en rook: de deken verhindert dat rook en gassen zich verspreiden, waardoor de gezondheid van omstanders beter wordt beschermd.
• Effectief bij lithiumbranden: traditionele blusmiddelen zijn vaak ineffectief omdat de batterij zelf zuurstof produceert; de branddeken reduceert de temperatuur en verhindert uitbreiding.
• Snel en eenvoudig in gebruik: de deken kan door niet‑gespecialiseerd personeel worden ingezet om een brand tijdelijk onder controle te brengen.
• Milieuvriendelijk: er komen geen schadelijke blusmiddelen vrij.
• Getest door brandweer: Bridgehill‑dekens zijn uitgebreid getest door brandweerlieden en hebben bewezen accubranden veilig te isoleren.