Analyse der Thermodynamik und Kinetik von Metallhydriden in der Festkörper-Wasserstoffspeicherung mittels multi-dimensionaler Elektronenmikroskopie

• Antragsteller: Professor Dr. Christian Kübel
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 551479974

Metallhydriden sollen als Festkörper-Wasserstoffspeichersysteme hergestellt und deren Struktur und Eigenschaften untersucht werden, um die Thermodynamik und Kinetik während der Adsorptions-/Desorptionszyklen aufzuklären und diese mit den mikrostrukturellen Veränderungen zu korrelieren. Wir werden uns auf zwei Systeme konzentrieren: TiFe als Modellsystem für die Wasserstoffspeicherung bei Raumtemperatur und Mg-X Komposite für Hochtemperaturanwendungen. Für das TiFe-System wird erwartet, dass die Fe Clusterbildung eine entscheidende Rolle bei der Adsorption/Desorption von Wasserstoff spielt, und unser Ziel ist es, die strukturellen Effekte zu verfolgen und zu verstehen, die zur Verschiebung des Gleichgewichtsdrucks mit zunehmenden Zyklen führen. Für das Mg-X-System wird der Schwerpunkt der Untersuchungen auf der katalytischen Wirkung von Fe und Ni bei der Wasserstoff Adsorption/Desorption liegen. Wir werden eine Kombination aus low-dose 4D-STEM Techniken und Plasmon-EELS nutzen und weiter entwickeln, um die strukturelle Entwicklung während der Wasserstoff Adsorption/Desorption in Abhängigkeit vom Wasserstoffpartialdruck und der Temperatur zu verfolgen, wobei sowohl Ex-situ- als auch In-situ-TEM Analysen zum Einsatz kommen. Als Teil dieser Arbeiten werden wir verschiedene statistische und KI-basierte Datenverarbeitungsansätze für In-situ 4D-STEM Daten etablieren und weiterentwickeln, um lokal aufgelöst quantitativ die Phasen- und Spannungsverteilung abzubilden. Diese methodischen Entwicklungen werden der wissenschaftlichen Gemeinschaft für die weitere Nutzung zugänglich gemacht. Die experimentellen Arbeiten werden durch First-Prinzipal Simulation ergänzt. Das entwickelte Verständnis der Prozesse während der Wasserstoff Adsorption/Desorption soll zur Entwicklung optimierter Designregeln für Festkörper-Wasserstoffspeichersysteme genutzt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Südkorea
• Partnerorganisation: National Research Foundation of Korea, NRF
• Kooperationspartner: Dr. Dong Won Chun