Binnenkort mag het niet meer: lithium-ion-accu’s als ruimbagage vervoeren in een vliegtuig. Wat maakt ze eigenlijk zo brandgevaarlijk?

Dat lithium-ion-accu’s met enige regelmaat in rook opgaan, is geen geheim. Incidenten van mobiele telefoons die spontaan ontbranden in broekzakken en handtassen komen gelukkig nauwelijks voor. Maar als het gebeurt, haalt het meteen de nieuwspagina’s. Ook zeldzaam, maar riskanter: lithium-ion-batterijen die vlam vatten in vliegtuigen. Dat heeft al geleid tot een aantal crashes (met weinig slachtoffers). Het was reden genoeg voor het gezaghebbende luchtvaartagentschap ICAO om per 1 april een vervoersverbod voor lithiumaccu’s in het vrachtruim van passagiersvliegtuigen in te stellen. Laptops en telefoons mogen nog wel mee in de handbagage.

Elektrolyt

Een logisch besluit, vindt Petra de Jongh, hoogleraar anorganische nanomaterialen aan de Universiteit Utrecht. Lithium-ion-batterijen zijn namelijk inherent instabiel. Op de eerste plaats ligt dat aan het licht ontvlambare elektrolyt, het materiaal dat tijdens op- en ontladen de lithium-ionen heen en weer laat reizen tussen kathode en anode. De Jongh onderzoekt veiligere alternatieven voor het elektrolyt, maar vooralsnog gebruiken fabrikanten daarvoor organische vloeistoffen.

‘Het bevat vaak carbonaten als dimethylcarbonaat en die hebben een laag vlampunt, van 16 tot 23 °C’, legt De Jongh uit. Een laag vlampunt wil zeggen dat de vloeistof al bij kamertemperatuur gaat branden als er een vonkje bij komt. Dat levert weer extra damp en gas op. Als de druk hierdoor blijft opbouwen, kan de accu exploderen. ‘Een goedgekeurde lithiumbatterij heeft een ventiel om dat te voorkomen,’ voegt ze toe, ‘maar vooral fabrikanten van nepmerken zijn daar minder streng mee.’

Toch is er eerst een ontstekingsbron nodig, want de zelfontbrandingstemperatuur van de organische vloeistoffen ligt op enkele honderden graden Celsius. ‘Die bron kan van alles zijn, maar de meest voorkomende is hitte door kortsluiting’, vertelt Philippe Vereecken, batterij-onderzoeker aan het Vlaamse technologie-instituut imec. ‘De scheidingslaag tussen de positief en negatief geladen elektrode is maar dertig micron’, zegt hij. ‘Gaat die stuk door een val, een deuk of wordt hij doorboord, dan krijg je kortsluiting.’

Vaak bestrijkt het kortgesloten gedeelte slechts een klein deel van de accu, maar gaat er wel veel energie doorheen. De temperatuur loopt dan razendsnel op, met een thermal runaway tot gevolg, totdat het elektrolyt begint te branden, aldus Vereecken. Betere fabrikanten bouwen hier hiervoor een rem in, zodat de batterij zichzelf uitschakelt bij een te hoog voltage en niet te warm wordt.

Een andere brandbare stof is lithium zelf. Omdat het een elektropositief alkalimetaal is, reageert het heel snel met andere stoffen. ‘Je kunt lithium niet in de open lucht of zelfs in water bewaren’, zegt De Jongh. ‘Dan reageert het meteen met de zuurstof.’

Nog opladen

Het gevaar geldt vooral voor lithium aan de negatieve pool van de batterij, dus als de accu volledig is opgeladen. In een ontladen batterij is het lithium veilig opgeborgen als een lithiummetaaloxide bij de positieve pool. ‘Rond de 30 % opgeladen, dat wordt voor vervoer in vrachtvliegtuigen als veilig aanvaard’, zegt De Jongh. ‘Dat is ook de reden dat je nieuwe laptops en telefoons nog moet opladen voor het eerste gebruik: dan kan er tijdens het transport naar de winkel niks misgaan.’