Sicherheit von Natrium-Ionen-Zellen: Was die Beweise wirklich sagen

Aktualisiert am 17 September 2026

“Ist sie sicher?” ist die erste Frage, die uns gestellt wird, und wer sie stellt, hat Recht. Eine Batterie ist kein Tank: Sie ist ein elektrochemisches System, das Energie in chemischer Form speichert und diese, wenn es über seine Grenzen hinaus beansprucht wird, auf einmal freisetzen kann. Die seriöse Antwort ist kein Adjektiv, sondern ein Prüfprotokoll mit seinen Bedingungen und seinen Abnahmekriterien.

In diesem Artikel werden die Sicherheitsprüfungen beschrieben, die von den polyanionische Zellen NFPP der zweiten Generation der Heiwit-Systeme, einschließlich der vollständigen Protokolle. Kein Test ist aussagekräftig ohne die Angabe der Bedingungen: “Er besteht den Nageltest” – ohne anzugeben, mit welcher Nadel, bei welcher Geschwindigkeit und wie lange – sagt nichts aus.

Was soll damit erreicht werden?

Alle folgenden Übungen haben ein einziges Ziel: die Wärmeverlust, auf Englisch Thermisches Durchgehen. Dabei handelt es sich um den Mechanismus, bei dem eine beschädigte Zelle Wärme erzeugt, die Wärme die Zersetzungsreaktionen beschleunigt, die Reaktionen wiederum weitere Wärme erzeugen und sich der Prozess so lange selbst verstärkt, bis es zu einem Brand oder einem heftigen Bersten der Hülle kommt.

Ein Sicherheitstest ist also ein gezielter Versuch, diesen Kreislauf auszulösen: Man durchbohrt die Zelle, überlastet sie, drückt sie zusammen, erhitzt sie von außen. Das Kriterium für das Bestehen des Tests ist nicht, dass “nichts passiert” – es passiert fast immer etwas –, sondern kein Brand, keine Explosion, kein Bruch des Gehäuses.

Es muss auch erwähnt werden, was ein Test nicht belegt. Ein positives Ergebnis bei einer einzelnen Zelle lässt sich nicht automatisch auf den gesamten Akku übertragen: Die Ausbreitung von einer Zelle auf benachbarte Zellen ist ein systemisches Phänomen und Gegenstand einer anderen Norm, der UL 9540A, auf die wir später noch eingehen werden.

Die Prüfungen, eine nach der anderen

Nageldurchdringung

Es ist der härteste und spektakulärste Test. Die Zelle befindet sich bei 25 °C und ist vollständig aufgeladen, d. h. im Zustand maximaler gespeicherter Energie. Eine Stahlnadel mit einem Durchmesser von 5 mm Durchmesser durchquert sie im geometrischer Mittelpunkt mit einer Geschwindigkeit von 25 ± 5 mm/s. Die Nadel wird nicht herausgezogen: bleibt stecken in der Zelle, wobei der Kurzschluss zwischen den Elektrodenlagen aufrechterhalten wird, um eine Stunde Beobachtung.

Das festgestellte Ergebnis lautet: Öffnung des CID, Rauchentwicklung, keine Explosion, kein Brand.

Das CID, Stromunterbrechungsgerät, ist eine mechanische Vorrichtung im Inneren der Zelle: Wenn der Innendruck einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, verformt sich eine Scheibe und unterbricht den Stromkreis physisch. Es ist die letzte Verteidigungslinie, die zum Einsatz kommt, wenn die Elektronik nichts mehr nützt, weil die Zelle bereits durchstoßen ist. Dass das CID ausgelöst hat und es lediglich bei Rauch geblieben ist, entspricht genau dem Verhalten, das man von einer gut konstruierten Zelle erwartet.

Überlastung

Die Zelle, die sich bei 25 °C befindet und bereits vollständig geladen ist, wird aufgeladen auf Konstantstrom 1C bis zu das 1,5-Fache der Ladeendspannung, oder eine Stunde lang, je nachdem, welche der beiden Bedingungen zuerst eintritt. Anschließend folgt eine Stunde Beobachtung.

Es handelt sich um den Fall eines schwerwiegenden Ausfalls der Steuerelektronik: Der BMS greift nicht ein, und der Wechselrichter speist weiterhin Strom in eine bereits vollgeladene Batterie ein. Das Ergebnis ist eine Ausbeulung des Gehäuses, jedoch kein Flüssigkeitsaustritt und kein Brand.

Temperaturregelung

Die geladene Zelle wird von außen erwärmt während sie gleichzeitig mit einem konstanten Strom von 1C geladen wird. Die Erwärmung dauert so lange an, bis eine der folgenden drei Bedingungen eintritt: Die Zelle gerät in thermische Instabilität, die Temperatur erreicht 300 °C, oder sie gehen vorbei vier Stunden.

Es handelt sich um den Test, der einen Brand im Freien nachstellt: Nicht die Batterie selbst fängt Feuer, sondern die Batterie, die sich drinnen Ein Brand. 300 Grad liegen weit über der Temperatur, bei der eine Lithiumzelle in eine thermische Lauferei gerät. Auch hier lautet das Kriterium: kein Brand, keine Explosion, kein Bruch – und auch hier beschränkt sich das festgestellte Ergebnis auf das Öffnen des CID und die Rauchentwicklung.

Quetschung, Kurzschluss, Ofen

Lo Quetschung simuliert mechanische Beschädigungen – den Sturz eines schweren Gegenstands, einen Stoß während des Transports oder der Installation – und setzt voraus, dass keine Flüssigkeitsaustritte und kein Brand auftreten.

Die externer Kurzschluss verbindet die beiden Anschlüsse mit einem vernachlässigbaren Widerstand; das Kriterium ist in diesem Fall auf andere Weise streng: keine optische Veränderung, das heißt, die Zelle muss den Test optisch unbeschädigt überstehen.

La Backtest Gemäß GB/T 36276-2018, der chinesischen Norm für netzgekoppelte elektrochemische Speichersysteme, wird die Zelle einer längeren Einwirkung hoher Temperaturen ausgesetzt.

Sicherheit, die von der Chemie kommt, nicht von Geräten

Die oben genannten Tests messen das Verhalten unter extremen Bedingungen. Das Interessanteste daran ist jedoch, dass die polyanionische Kathode diese Bedingungen schwerer zu erreichen, und zwar aus drei strukturellen Gründen.

Bei gleicher Stromstärke entsteht weniger Wärme. Bei der Entladungsprüfung mit ansteigendem Strom verzeichnet die Zelle NFPP im 4C-Betrieb eine maximale Übertemperatur von 15,5 °C, gegen die 22,1 °C einer LFP-Referenzzelle. Weniger erzeugte Wärme bedeutet einen größeren Spielraum, bevor ein Auslösemechanismus in Gang gesetzt wird.

Unterstützt Tiefentladung. Eine Lithiumzelle unter ihre Mindestspannung zu bringen, bedeutet, sie dauerhaft zu beschädigen und in bestimmten Fällen die Voraussetzungen für einen späteren Ausfall zu schaffen. Die polyanionische Chemie hält einer Tiefentladung stand, ohne dass es zu strukturellen Schäden kommt.

Sie kann auf null Volt gesetzt werden. Das ist die bemerkenswerteste Folge der Tatsache, dass in Natriumzellen, Beide Stromabnehmer können aus Aluminium sein. — während eine Lithiumzelle Kupfer an der Anode benötigt, das irreversibel korrodiert, wenn die Spannung zu stark abfällt. Eine Natriumzelle kann daher zur Lagerung oder zum Transport vollständig auf null Volt entladen und anschließend ohne Schaden wieder aufgeladen werden. Eine im entladenen Zustand transportierte Batterie ist eine Batterie, die keine Energie mehr abgeben kann.

Die Zertifizierungen der Zellen

Zusätzlich zu den oben genannten Prüfungen verfügen die Zellen über folgende Berichte und Zertifikate:

• IEC 62619 — Sicherheitsanforderungen für Lithium-Sekundärzellen und -batterien sowie andere alkalische Systeme für industrielle Anwendungen. Es handelt sich um die internationale Referenznorm für stationäre Energiespeicher.
• UL 9540A — Prüfverfahren zur Ausbreitung von Wärmeaustritt in Speichersystemen. Es beantwortet die Frage, die bei Einzelzellenprüfungen nicht berücksichtigt wird: Was passiert mit den benachbarten Zellen? Es handelt sich um das Dokument, das Feuerwehren und Versicherungsgesellschaften für Anlagen großer Dimension verlangen.
• UN 38.3 — Obligatorische Prüfungen für den Transport von Batterien: Höhe, Temperaturwechsel, Vibration, Stoß, externer Kurzschluss, Überlast.
• RoHS e Sicherheitsdatenblätter für Materialien — Freiheit von gefährlichen Stoffen und angegebene Zusammensetzung.
• Zertifizierungen für den See- und Luftfracht von Gefahrgut.

Das System, nicht nur die Zelle

Eine letzte Klarstellung, da dies die häufigste Verwirrung verursacht. Die hier beschriebenen Prüfungen und Zertifizierungen beziehen sich auf die Zellen. Das komplette Speichersystem – Batteriepack, BMS, Steuerelektronik und Wechselrichter – unterliegt einer separaten Qualifizierung, die die Niederspannungsrichtlinie, die Richtlinie zur elektromagnetischen Verträglichkeit sowie die nationalen Vorschriften für den Netzanschluss umfasst.

Beide Aspekte ergänzen sich, und keiner ersetzt den anderen: Eine hervorragende Zelle in einem schlecht konzipierten System bleibt gefährlich, und ein gut konzipiertes System kann eine instabile Zelle nicht ausgleichen.

Häufig gestellte Fragen

Können Natriumzellen Feuer fangen?

Jede Zelle, die Energie speichert, kann diese unkontrolliert freisetzen, wenn sie stark genug beansprucht wird. Der Unterschied liegt in der Schwelle und im Verhalten jenseits dieser Schwelle. Bei den beschriebenen Tests – Durchstechen mit einer Nadel, die eine Stunde lang in der Zelle verbleibt, Überladung auf das 1,5-Fache der Endladespannung, Erhitzen auf bis zu 300 °C – beschränkte sich das Ergebnis auf Rauchentwicklung, ohne dass es zu einem Brand oder einer Explosion kam.

Was ist das CID?

Stromunterbrechungsgerät: eine innere Metallscheibe, die sich verformt, sobald der Druck im Inneren der Zelle einen Schwellenwert überschreitet, wodurch der Stromkreis physikalisch unterbrochen wird. Sie funktioniert rein mechanisch, ohne Elektronik, und ist die letzte verfügbare Schutzmaßnahme, wenn die Zelle bereits beschädigt ist.

Warum spricht man von einer Speicherung bei Null Volt?

Denn bei Natriumzellen können beide Stromkollektoren aus Aluminium bestehen, während bei Lithiumzellen an der Anode Kupfer benötigt wird, das korrodiert, wenn die Zelle zu stark entladen wird. Eine Natriumzelle kann daher vollständig entladen, d. h. ohne noch freizusetzende Energie, transportiert und gelagert sowie ohne Schaden wieder aufgeladen werden.

Reicht eine zertifizierte Zelle aus, um die Sicherheit der Anlage zu gewährleisten?

Nein. Die Sicherheit ist eine Eigenschaft des gesamten Systems: Zelle, Batteriepack, BMS, Elektronik und fachgerechte Installation. Die Zertifizierungen der Zellen sind die notwendige Grundlage, aber keine endgültige Garantie.