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• W2796048503 abstract "Among the different possibilities to store hydrogen, solid-state hydrogen storage in nano-crystalline metal hydrides offers highest volumetric densities combined with a high degree of safety. For an optimized scale-up of materials aiming at future industrial applications, a precise knowledge of the spatial distribution of hydrogen inside the metal hydride is essential. The method of choice for the investigation of the time and spatial resolved hydrogen distribution is Neutron Imaging due to the high neutron-hydrogen interaction cross section. During this work, new methods for the characterization possibilities of metal hydride systems using Neutron Imaging have been developed. For solid-state metal hydrides, a technique for a reliable quantitative, time-resolved investigation of the hydrogen distribution has been introduced. In combination with multi-correlation analysis, it allows for the determination of relevant driving forces for the reaction kinetics in solid metal hydride beds. For metal hydrides containing liquid phases, methods for the investigation of material transport and structure evolution have been developed. Among the use of fission neutrons for the analysis of scaled-up systems, cold Neutron Imaging combined with isotope labeling allows for the investigation of fundamental material properties of liquid phases within a solid framework due to the simultaneous access to spatial resolution and phase sensitiveness. Developed methods have been applied to two promising representatives for the different metal hydride classes. The solid-solid system sodium alanate has been analyzed by in-situ Neutron Radiography and a multi-correlation analysis has been performed to reveal the interaction of temperature, material packing density and reaction kinetics. Additionally, the liquid-solid system LiBH4-MgH2, a so-called Reactive Hydride Composite, has been analyzed both by fission Neutron Imaging as well as cold Neutron Imaging in combination with isotope labeling of the liquid phase LiBH4. New insights into material transport, structural changes and phase separation have been derived. The results highlight the great potential of quantitative Neutron Imaging for fundamental research on metal hydride systems as well as for optimization of scaled-up systems with respect to future application. Unter den verschiedenen existierenden Moglichkeiten zur Speicherung von Wasserstoff bietet die Verwendung von nanokristallinen Metall-Hydriden die hochsten volumetrischen Speicherdichten bei gleichzeitig hoher Gefahrensicherheit. Fur eine optimale Skalierung geeigneter Metall-Hydride mit dem Ziel einer zukunftigen, industriellen Anwendung, ist eine prazise Kenntnis der raumlichen Verteilung des Wasserstoffs im Inneren des Materials essentiell. Durch die starke Wechselwirkung von Neutronen und Wasserstoff ist Bildgebung mit Neutronen fur die zeitaufgeloste Darstellung und Analyse der raumlichen Verteilung von Wasserstoff die Methode der Wahl. Im Rahmen dieser Arbeit wurden hierfur neue Analyse-Methoden unter Verwendung einer Bildgebung mit Neutronen entwickelt. Fur feste Metall-Hydride wurde eine neue Methode zur zuverlassigen, zeitaufgelosten Untersuchung der raumlichen Verteilung von Wasserstoff eingefuhrt. In Verbindung mit einer Multi-Korrelations-Analyse erlaubt sie die Ermittlung relevanter, treibender Krafte der Reaktionskinetik in festen Metall-Hydriden. Fur Metall-Hydride mit einer flussigen Phase wurden Verfahren fur die Untersuchung von Materialtransport und Strukturveranderungen entwickelt. Wahrend Spaltneutronen zur Untersuchung von hoch-skalierten Systemen benutzt wurden, erlaubt die Verwendung von kalten Neutronen in Verbindung mit der gezielten Markierung von Isotopen die gleichzeitige Kenntnis uber Phase und entsprechende raumliche Verteilung und ermoglicht damit die Analyse fundamentaler Eigenschaften der flussigen Phase in Umgebung einer festen Matrix. Die im Rahmen der Arbeit entwickelten Methoden wurden auf zwei vielversprechende Metall-Hydride angewendet. Als Referenz-System fur ein festes Metall-Hydrid wurde Natriumaluminiumhydrid mithilfe von zeitaufgeloster Bildgebung mit Neutronen charakterisiert. Um die Wechselwirkung des Temperaturfeldes, der Material-Packungsdichte sowie der Reaktionskinetik zu untersuchen, wurde eine Multi-Korrelationsanalyse durchgefuhrt. Daruber hinaus wurde das System LiBH4-MgH2, ein sogenanntes 'Reactive Hydride Composite', als Beispiel fur eine Kombination von fester und flussiger Phase analysiert. Hierfur erfolgte der Einsatz von Bildgebung mit Spaltneutronen und auch mit kalten Neutronen und gleichzeitiger Isotopenmarkierung der flussigen Phase LiBH4. Dadurch konnten neue Einblicke in den Materialtransport, die Strukturveranderungen und Phasenseparation in flussig-fest Phasenmischungen erzielt werden. Insgesamt heben die Ergebnisse das grose Potenzial quantitativer Bildgebung mit Neutronen fur sowohl fundamentale Untersuchungen an Metall-Hydriden als auch fur die Optimierung von hoch-skalierten Systemen hervor, hier insbesondere im Zusammenhang mit dem Ziel einer zukunftigen Anwendung." @default.
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