In Batterien erkennt ein Sensor das Brandrisiko frühzeitig.
Und was, wenn eine Lithium-Batterie bereits vor dem Entzünden vor dem Risiko warnen könnte? Genau das verspricht ein neuer Sensor, der in der Lage ist, die Dämpfe des Elektrolyten zu erkennen, die aus der Zelle austreten, sobald etwas schiefgeht. Dabei erfasst er bereits Konzentrationen auf sehr niedrigem Niveau – gerade einmal 10,42 Mikrogramm pro Kubikzentimeter im Test in einem geschlossenen Raum – noch bevor Flammen auftreten.
Die Technologie basiert auf der kontinuierlichen Messung der elektrischen Kapazität direkt über der Zelle. Die in der Journal of Energy Storage veröffentlichte Studie dokumentiert Tests an einer einzelnen Zelle, an einem simulierten Batteriepack und sogar im Innenraum eines Autos. Vorsicht: Wir befinden uns noch in der Phase experimenteller Demonstrationen. Es handelt sich noch nicht um ein Gerät, das bereits in Serien-Elektroautos verbaut werden kann.
Was misst der Kapazitätsensor?
Wenn eine Lithium-Ionen-Batterie überladen wird, beginnt das flüssige Elektrolyt zu verdampfen, noch bevor die Zelle den kritischen Punkt der thermischen Ausdehnung erreicht – ein Kettenphänomen, das zu Bränden oder Explosionen führen kann. Der kapazitive Sensor erfasst genau diese Dämpfe und ändert sein elektrisches Signal in deren Gegenwart.
Ein Sensor erkennt die Dämpfe des Elektrolyts bereits vor der thermischen Ausdehnung, doch die Tests sind noch in der Anfangsphase.
Bild von: Motor1 Italia visual (kI-gestützt)
In den Labortests verwendeten die Forscher eine LiFePO4-Zelle mit 100 Ah, eine der am häufigsten eingesetzten Chemien für stationäre Speicher sowie in verschiedenen Modellen von Elektroautos. Die Reaktion des Sensors setzte bereits lange vor dem Öffnen der Sicherheitsventil der Zelle ein – dieses Element wird aktiviert, wenn der innere Druck zu stark ansteigt.
Die Autoren dämpfen jedoch die Erwartungen: Wie im Abstract zu lesen ist, handelt es sich bei den Beobachtungen um Einzelereignisse und nicht um durchschnittliche Reaktionszeiten oder universelle Warnzeiten.
Reaktionszeiten in Tests mit Zellen, Paketen und Gehäusen
In den Tests mit einzelnen Zellen kam der Sensor dem Öffnen der Sicherheitsventile mit sehr unterschiedlichen Vorzeiten: jeweils 1, 6, 4 und 13 Sekunden. Diese Variabilität bestätigt, wie stark das Phänomen von den spezifischen Bedingungen jedes Tests abhängt und weniger von einer festen Regel.
In dem an einem simulierten Akkupaket durchgeführten Test lag der Zeitraum zwischen der Reaktion des Sensors und dem Temperaturmaximum an der Oberfläche in den beiden Versuchen bei 229 bzw. 312 Sekunden. Das sind deutlich größere Zeiträume als die bei einer isolierten Zelle beobachteten, was darauf hindeutet, dass die innere Ausbreitung mehr Zeit benötigt, wenn mehrere Komponenten beteiligt sind.
Der bedeutendste Test für die praktische Anwendung ist jedoch der im Prüfstand durchgeführte: Hier lag die Reaktion des Sensors 202 Sekunden vor der sichtbaren Entzündung und das Temperaturmaximum an der Oberfläche 218 Sekunden davor. Zum Vergleich zeigt eine Übersichtsarbeit aus dem Jahr 2026, dass die innere Ausbreitung von Wärmelecks in Hochkapazitäts-LFP-Zellen in etwa 78 Sekunden abgeschlossen werden kann – ein Wert, der diese Zeiträume besonders bedeutsam macht.
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