ENERGI
Batteribränder: Här är allt du behöver veta
Explosioner, giftiga gaser och eldsvådor som är ”omöjliga” att släcka. Batteribränder väcker oro – men vad är egentligen sant? Ny Teknik reder ut.
Publicerad
Hundratals ton batterier gick upp i rök vid en storbrand som bröt ut hos återvinningsföretaget IQR i Trollhättan 8 september. Branden blev svårsläckt.
Så omfattande batteribränder hör lyckligtvis till ovanligheterna. Men det rapporteras ofta om bränder i mobiler, elsparkcyklar, hoverboards, elbilar. Ett aktuellt exempel är en allvarlig eldsvåda i Malmö, som även den startade den 8 september . Fyra lägenheter totalförstördes, i branden som misstänks ha startat i ett laddande elsparksbatteri på en balkong.
Händelserna väcker oro kring brandsäkerhet för litiumjonbatterier. Här svarar fyra experter på tretton frågor om batteribränder.
Vad händer när batterier brinner?
Alla batterier lagrar elektrokemisk energi, som kan omvandlas till elektrisk energi.
– Men litiumjonbatterier har tre grundläggande egenskaper som gör dem mer brandfarliga än andra varianter, säger Lars Hoffmann, elingenjör och sakkunnig inom området för MSB.
För det första har de en organisk – och brännbar – elektrolyt, som oftast är baserad på lösningsmedel av en alkydkarbonat. Flampunkten ligger kring 60 grader Celsius; vid högre temperaturer än så kan ångor bildas som kan antändas. Det problemet har inte vattenbaserade elektrolyter som används i exempelvis bly- och nickelmetallhydridceller.
För det andra har litiumjoncellerna högre energitäthet än vattenbaserade celler. Förmågan att klämma in mycket energi på liten volym förklarar att litiumjonbatterier används i allt från mobiltelefoner och leksaker till elbilar, elsparkcyklar och stora batteriparker. Haken är att det därmed finns stora mängder elektrokemisk energi som kan bli bränsle vid en eldsvåda.
En tredje brandfaktor är att syre vid höga temperaturer frigörs från metalloxider i katodmaterialet. Batteribranden blir på så vis självförsörjande på det syre som krävs för att hålla liv i brasan.
Att förloppet kan bli dramatiskt och svårsläckt beror på ett fenomen som kallas termisk rusning. Det innebär att battericellerna blir kemiskt instabila, och en rad kedjeeffekter dras igång.
Membranet som separerar anod och katod bryts ner, varpå cellerna kortsluts internt. Elektrolyten värms upp och ger upphov till explosiva och brandfarliga gaser. Temperaturen skenar.
Den accelererande värmen kan även starta en dominoeffekt där den termiska rusningen sprids vidare från cell till cell i batteriet. Resultatet blir en brand som kan vara explosionsartad och mycket svår att släcka.
LFP, NMC, NCA – hur påverkar katodmaterialet brandsäkerheten?
Termisk rusning kan uppstå i alla typer av litiumjonbatterier. Men batterikemin kan ha viss påverkan på förloppet.
– Om man ska hårdra det är LFP snäppet mer stabilt och säkert än exempelvis NMC och NCA, säger Alexander Elias, brandingenjör på brandkonsultföretaget BSL.
Förklaringen är att LFP, litiumjärnfosfat, har lägre nominell spänning, lägre energitäthet – alltså mindre mängd energi per kg – och är mindre reaktivt jämfört med NMC (nickel, mangan, kobolt) och NCA (nickel, kobolt, aluminium). Å andra sidan har LFP-cellerna generellt en högre effekttäthet.
Men enligt Alexander Elias är det ändå svårt att svara på vilka battericeller som är mer eller mindre säkra. Tillämpning, utförande, lösningsmedel och elektrolyt påverkar också stabiliteten.
Sprids det giftiga gaser vid bränder med litiumjonbatterier?
Svar ja. Litiumjonbatterier i termisk rusning kan avge hälsovådliga gaser. Gassammansättningen beror bland annat på cellkemin, hur laddat batteriet är och om gasen antänds eller inte.
Men giftiga gaser är inget unikt för just batteribränder, poängterar Yvonne Näsman, handläggare på enheten för brand och räddning vid MSB.
– All brandrök är mer eller mindre giftig, oavsett om det är batterier, lägenheter eller fossilbilar som brinner, säger hon.
När det gäller batteribränder har vätefluorid länge varit ett omdebatterat och fruktat ämne. Den sura gasen med kemisk beteckning HF har väckt oro hos såväl räddningstjänst som allmänhet. Men MSB tonar ner riskerna efter att ha gjort studier, bland annat i samarbete med FOI, Totalförsvarets forskningsinstitut.
Slutsatsen blev att det i dagsläget saknas vetenskaplig evidens för att vätefluorid från litiumjonbatteribränder skulle innebära särskilda risker. Räddningstjänsten kan därmed hantera bränder i exempelvis elfordon på samma sätt som andra bränder vad gäller giftighet, enligt MSB:s nya vägledning.
– Det var viktigt för oss att få fram fakta efter alla närmast mytomspunna diskussioner om vätefluorid. Men det är viktigt att följa utvecklingen eftersom de här resultaten bygger på nuvarande kunskapsläge, säger Yvonne Näsman.
I dagsläget ser myndigheten allvarligare på riskerna med andra gaser, som också kan produceras vid termisk rusning. Det leder oss till nästa fråga:
Vad händer om batterierna exploderar?
Vid termisk rusning sönderdelas elektrolyten och ger upphov till gaser. Till skillnad från ”vanliga bränder” frigörs stora mängder vätgas, och vätgas i kombination med värme, syre och gnistor kan leda till explosioner.
Vid så kallad brinnande termisk rusning med öppen låga kan den explosiva och brännbara gasblandningen förbrännas i samma takt som de frigörs från battericellen. Men vid rykande termisk rusning, när batteriet producerar rök och brännbara gaser men inte eld, finns en explosionsrisk om gasen ansamlas i slutna utrymmen.
Hur den risken påverkas av batteriets och utrymmets storlek är än så länge oklart, enligt MSB.
– Det är ett område vi söker mer kunskap om, säger Yvonne Näsman.
Vad kan orsaka att batterier börjar brinna?
Litiumjonbatterier kan fatta eld av en rad orsaker. Förutom rena tillverkningsfel kan en battericell ta stryk av hög värme – exempelvis från en brand i närheten – eller av kyla. Den kan även skadas av upprepad överladdning eller överurladdning, av yttre kortslutning eller kortslutning internt i cellen samt av hårdhänt behandling, som fysiska smällar eller vassa föremål.
I värsta fall kan cellen då hamna i ett instabilt läge som leder till termisk rusning som i sin tur sprids till granncellerna i batteriet.
Hur skyddas litiumjonbatterier från brand?
– En förutsättning för att ett batteri ska vara säkert är att det har ett batteriövervakningssystem av hög kvalitet, säger elingenjör Lars Hoffmann.
Batteriövervakningssystem, BMS, finns i de flesta litiumjonbatteritillämpningar. Men de kan vara mer eller mindre sofistikerade.
De enklaste hanterar grundläggande funktioner som laddningsgrad, laddning och urladdning. Mer avancerade system kan övervaka en rad parametrar och även stänga ner battericeller vid avvikelser. Allt för att säkerställa att laddnivåer, temperaturer, upp- och urladdningsströmmar såväl som -spänningar hela tiden håller sig inom batteriets arbetsområde och att de olika cellerna är i balans.
– I fordonsindustrin ställs väldigt höga lagkrav, och de batterierna är väldigt säkra. Men jag personligen är skeptisk till att ha stora batterier inomhus i hemmet, säger Lars Hoffmann.
Alexander Elias på Brandskyddslaget håller till viss del med.
– Du vill knappast ha ett stort batteri i sovrummet eller hallen. Då kan ett tidigare pannrum eller garage med god ventilation vara mer lämpade utrymmen, säger han.
En skyddad placering utomhus kan också vara ett alternativ förutsatt att batteriet är ip-klassat för utomhusbruk.
I dagsläget finns inga regelverk som styr hur litiumjonbatterier ska hanteras, och det krävs inte bygglov för hembatterier.
– Tyvärr inte. Branschen står lite handfallen i dag, säger Alexander Elias.
Hur kan jag som privatperson minska risken för att mina batterier börjar brinna?
En grundläggande regel är att följa tillverkarens anvisningar för exempelvis laddning och användning – oavsett om det rör sig om en mobiltelefon, elcykel eller hembatteri.
Det finns även råd kring laddning, placering och tecken att vara vaksam på hos Elsäkerhetsverket och MSB. I den här intervju tipsar en expert på Elsäkerhetsverket om hur man kan minska risken för bränder i laddbara prylar i hemmet.
Där framgår varför man exempelvis inte ska ladda elsparkcykeln i hallen eller mobilen i soffan.
Hur märker jag att ett batteri är på väg att ta fyr?
Förutom larm från batterihanteringssystemet, BMS, kan ibland även lukten och hörseln avslöja att ett batteri är på väg att haverera.
En doft som påminner om nagellack eller plastic padding kan vara den karaktäristiska lukten som sprids när elektrolyten börjar förångas.
Ett väsande och sprakande ljud kan orsakas av ett övertryck som släpps ut via ventilationsöppningar i en batterimodul.
Vit rök är inte heller något gott tecken.
Upptäcker man sådana varningssignaler är det inte läge att stå kvar och lukta och lyssna. Nu gäller det att snabbt förhindra eller släcka batteribranden och minska risken för spridning. Och då är frågan:
Hur släcker man ett brinnande batteri?
Litiumjonbatterier som har råkat i termisk rusning är mycket svåra att släcka. Att försöka kväva elden är exempelvis inget vinnande koncept – syre frigörs som sagt vid processen.
Den bästa metoden är i stället att försöka kyla ner batteriet, något som kan vara lättare sagt än gjort med tanke på att cellerna ofta är inkapslade och den termiska rusningen eldar på uppvärmningen.
Hur kylningen ska gå till beror på storleken på batteriet och vilken tillämpning det rör sig om. Mindre prylar som mobiltelefoner och leksaker kan släppas ner i ett vattenbad, förutsatt att det kan göras på ett säkert sätt. Mobilen får exempelvis inte vara inkopplad för laddning.
Det förekommer även att en form av vattenbad används för att kunna släcka bränder i energilager i batteriparker. Containrarna, som batterierna förvaras i, kan då fyllas med vatten om en brand skulle uppstå. I andra länder sänker räddningstjänsten även ner brinnande elfordon i containrar, som sedan vattenfylls.
En vanligare metod är att spruta vatten. Men det kan krävas enorma mängder vatten innan den termiska rusningen slutar att sprida sig till andra celler. MSB har därför testat en mer vattensnål släckmetod, som numera finns i myndighetens vägledning för räddningstjänsten.
Den går ut på att ta hål på det brinnande batteripacket för att få in vatten som kan flöda runt och kyla de enskilda cellerna.
– Vi har visat i försök att man framgångsrikt kan släcka batterier med väldigt lite vatten, säger Yvonne Näsman.
Men det inte handlar om att sätta en yxa i batteripacket för att göra hål. En sådan behandling skulle kunna starta termisk rusning i battericeller som ännu är oskadda. Håltagningen kräver kunskap och utbildning såväl som verktyg som är avsedda för ändamålet.
Vilka andra risker finns med litiumjonbatterier?
Eldsvådan må vara över – men litiumjonbatterier är luriga eftersom de kan återantändas långt efter att branden verkar vara släckt.
En orsak är att battericeller fortfarande kan ha kvar en del av sin energi, trots att de ser utbrunna ut. Om det då uppstår kortslutningar kan den energin alstra värme, som hettar upp både skadade och oskadade celler. Om oturen är framme tar de fyr igen.
Efter en brand kan det även finnas kvar restvärme i närheten av batteriet. Den värmen kan sprida sig till cellerna och få fart på brandförloppet igen.
Det kan dessutom finnas battericeller med skador som ännu inte har upptäckts, skador som kan ge upphov till en termisk rusning.
För att hantera sådana risker bör exempelvis elbilar stå i karantän utomhus en viss tid efter en krock eller brand.
Finns det risk för brand även i litiumbatterier?
Litiumjonbatterier är uppladdningsbara batterier där litiumjoner används för att förflytta elektroner. Alla frågor ovan gäller sådana batterier.
Litiumbatterier, som har metalliskt litium i katoden, är däremot så kallade primärceller, som inte går att återladda. De är alltså förbrukade när laddningen tar slut.
Tekniken används exempelvis i knappcellsbatterier i fjärrkontroller och andra mindre tillämpningar.
– Det är klart att även ett litiumbatteri kan få en intern kortslutning och börja brinna. Men det rör sig om så pass små energimängder att det är inget man brukar lägga någon större vikt vid, säger Alexander Elias på Brandskyddslaget.
Om många små knappcellsbatterier samlas på litet utrymme, exempelvis i en batteriholk, kan det dock uppstå bränder, enligt brandutredare Michael Steen på företaget Attention TC.
- Det kan bli som ett litet fyrverkeri med brinnande celler som hoppar iväg, säger han.
Michael Steen har även utrett flera bränder med litiumbatterier på 9 volt - i brandvarnare.
Vilka myter finns det kring batteribränder?
– Det är högt och lågt. I ena änden finns personer som jobbar med batterier och är tekniskt kunniga i sitt skrå. De kan tycka att det är löjligt att prata om brandsäkerhet eftersom de anser att batterierna är säkra. I andra änden finns räddningstjänsten som ska hantera situationen när det väl har skitit sig, om man får uttrycka sig så. De ser ofta batteribränder som väldigt mycket farligare, säger Alexander Elias på Brandskyddslaget och fortsätter:
– Sanningen ligger i själva verket där emellan. Det finns en problematik att hantera, men det är inget domedagsscenario om man använder sunt förnuft.
En annan missuppfattning är att elbilar skulle brinna oftare än fossilbilar. Det tillbakavisar MSB, som har gjort en sammanställning av bränder i elbilar, elcyklar, hoverboards och andra eldrivna transportmedel mellan 2018 och 2023.
– Det är viktig att betona att vi inte i dagsläget ser någon dramatisk ökning av bränder som beror på batterier i eltransportmedel, säger Yvonne Näsman på MSB.
Elingenjör Lars Hoffmann tycker att räddningstjänsten ofta har en felaktig syn på elsäkerhetsriskerna vid batteribränder.
– Det som stör mig mest är när blåljusgruppen säger ”vi tar inte i en elbil som brinner eller har krockat för den kan vara strömförande”. Det är så fake news att jag blir ledsen. För att man ska få en strömgenomgång i kroppen krävs det en sluten krets. Men du får ingen sluten krets av en elbil eftersom det är ett friflytande system utan någon jord, säger han och fortsätter:
– Dessutom pratas det mycket om brandgaser, men jag vill påpeka att det finns ingen nyttig rök, inte ens cigarettrök är nyttig. När en bil brinner bildas en mängd giftiga gaser. Ta bara cyanväte som bildas när skumgummi ifrån bilstolarna brinner.
Vad hände vid den stora batteribranden i Trollhättan?
I början av september utbröt en kraftig eldsvåda i återvinningsföretaget IQR Properties lokaler i Trollhättan.
Enligt lokaltidningen TTela brann 500 till 600 ton batterier. Ett VMA, viktigt meddelandet till allmänheten, uppmanade alla i området att gå inomhus och stänga dörrar, fönster och ventilation. Branden blev svårsläckt, och på det här inslaget från SVT hörs kraftiga explosioner.
I anläggningen mellanlagras insamlade batterier innan de skeppas vidare för återvinning i Europa. Orsaken till branden är ännu inte utredd.
I januari i år brann det på samma plats. Enligt IQR berodde det på att batterier var felsorterade.
