Thermal Runaway
Thermal Runaway, deutsch thermisches Durchgehen, ist eine positive Rückkopplung: Steigende Temperatur verstärkt einen Vorgang, der selbst Wärme erzeugt. Ab einem Punkt reicht keine Kühlung mehr aus, und der Prozess läuft von allein weiter, bis er sich erschöpft oder das Bauteil zerstört ist.
In Lithium-Ionen-Akkus
Bei Akkus bedeutet Thermal Runaway, dass eine Zelle in Brand gerät oder ausgast. Die Reaktionen setzen stufenweise ein:
| ab etwa | Vorgang |
|---|---|
| 80 °C | die Schutzschicht auf der Anode (SEI) zersetzt sich |
| 100 °C | der Elektrolyt beginnt sich zu zersetzen |
| 130 °C | der Separator schmilzt, Anode und Kathode berühren sich, interner Kurzschluss |
| 150 °C | die Kathode zersetzt sich und setzt Sauerstoff frei |
Weil die Kathode selbst Sauerstoff liefert, lässt sich ein solcher Brand kaum ersticken. Freigesetzt werden brennbare Gase und giftiger Fluorwasserstoff.
Auslöser sind Überladung, Kurzschluss, mechanische Beschädigung, Fertigungsfehler und äußere Hitze. Gefährlich ist vor allem die Ausbreitung: Eine durchgehende Zelle heizt ihre Nachbarn auf, bis das ganze Modul brennt. Zellchemien mit Lithium-Eisenphosphat (LFP) gelten als thermisch stabiler als nickelreiche Kathoden.
In Rechenzentren
Rechenzentren setzen zunehmend Lithium-Ionen-Akkus in der USV und in Batteriespeichern ein. Sie sind kleiner, leichter und langlebiger als Bleiakkus — und bringen das Risiko des Thermal Runaway mit. Zwei Brände in Südkorea zeigen die Folgen:
| Datum | Ort | Folge |
|---|---|---|
| 15. Oktober 2022 | Rechenzentrum von SK C&C, Pangyo | Brand im Batterieraum der Notstromversorgung; Kakao mit Messenger, Zahlungsdienst und Taxi-App tagelang gestört |
| 26. September 2025 | staatliches Rechenzentrum NIRS, Daejeon | Brand beim Umzug von USV-Batterien, nach Einschätzung der Feuerwehr durch Funken ausgelöstes Thermal Runaway; Hunderte Behördendienste ausgefallen |
Schutzmaßnahmen im Rechenzentrum: Batterieräume als eigener Brandabschnitt, Batteriemanagementsystem mit Zellüberwachung, Gasdetektion, Abstand zwischen Modulen und Löschkonzepte, die auf Kühlung statt Ersticken setzen.
In der Elektronik
Bei Bipolartransistoren steigt der Kollektorstrom mit der Temperatur. Mehr Strom erwärmt den Transistor weiter, bis er zerstört ist. Schaltungen verhindern das mit Emitterwiderständen, Temperaturkompensation und ausreichender Kühlung.
In 3D-Druckern
In der 3D-Druck-Firmware, etwa Marlin, heißt eine Schutzfunktion Thermal Runaway Protection. Sie überwacht, ob die Temperatur von Düse und Druckbett dem Heizen folgt. Steigt sie nicht wie erwartet — weil der Temperaturfühler abgefallen ist —, würde die Firmware endlos weiterheizen. Die Schutzfunktion schaltet dann die Heizung ab und meldet einen Fehler.