Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Oberflächenmodifizierung von drei industriell bedeutenden Metallen, Eisen, Zink und Kupfer, sowie den Oxiden von Zink und Eisen, mit wasserlöslichen Polyvinyl-formamid-Polyvinylamin-Copolymeren (PVFA-co-PVAmen). Der Einfluss des pH-Wertes, des Hydrolysegrades der PVFA-co-PVAme, und der Einfluss von im wässrigen Medium ablaufenden Redoxprozessen an den Metalloberflächen auf die adsorbierte Polymermenge, wurden studiert. Ferner werden polymeranaloge Reaktionen des PVAms bzw. PVAm-modifizierter Metall- und Metalloxidpulver mit Kohlendioxid, ein Multischichtaufbau mit PVAm und Natriumpolyacrylat, als auch die Hydrophobierung durch Maleinsäureanhydridcopolymere beschrieben. Zur Charakterisierung der polymermodifizierten Oberflächen wurde die XPS, die DRIFT-Spektroskopie und die Sorptiochromie genutzt. Besonders der Sorptiochromie wurde aufgrund der hohen Sensitivität ein hoher Stellenwert in der vorliegenden Arbeit eingeräumt. Das Konzept der Sorptiochromie wurde zum ersten Mal auf Metalloberflächen angewendet. Ein zweiter zentraler Aspekt der Arbeit war deshalb die Suche nach Sondenmolekülen, die geeignet waren Polaritätsparameter farbiger Metalloxid- und Metallpulver zu ermitteln. Hierfür wurden das solvatochrome und acidochrome Verhalten, sowie die Wechselwirkungen von Barbituratfarbstoffen mit Merocyaninstruktur mit Metallionen, Metall- und Metalloxidoberflächen studiert.

Kontroll av zinkskikt på monterat räckesmaterial som görs ute i fält saknar en fastställd metod. Zinktjockleken har ett minimum tjocklekskrav enligt den svenska standarden ISO 1461:2009, som bestäms av dimensionen på ståldetaljens tjocklek. Trafikverket begär att med hjälp av detta examensarbete kunna begränsa antal mätningar på plats, då kan det ta allt för mycket tid och arbetsresurser i fall det skulle behövas kontroll av väg-och bro räckesanläggningar från beställaren. Sannolikhetsläran och stickprov i statistik hjälper oss att begränsa antalet mätningarna på skyddsanordningarna som görs ute i fält. Med hjälp av normalfördelning kommer man fram till den efter strävade metoden, som med en rimlig arbetsinsats ger en rättvisbild av skikttjockleken på monterat räckesmaterial. Vid variation av varmförzinkaren på vägräckesanläggningar undersöker man varje leverantörs räckesdel för sig, alltså man mäter zinktjockleken på en varmförzikare för sig, kontrollerar zinkskiktstjockleken på de och tar slutsatser sedan går man vidare till nästa tillverkare. Om vägräckena är mindre än 30 stycken mäter man zinktjockleken på respektive anläggning. För beräkning av zinkskiktstjockleken på monterad räckesmaterial börjar man med 30 mätningar och användning av den centrala gränsvärde satsen för att approximera till normalfördelning och analysera resultatet. Det slutliga resultatet av examensarbetet är ett Excelprogram med inmatade formler. Excel programmet är ett hjälpmedel för framtagning av 95 % konfidensintervall. Med hjälp av detta intervall kan man ta slutsatser om zinkskiktet på vägräckena uppfyller kravet eller inte och kunna komma fram till ett resultat. Om kravet ligger i intervallet eller store än intervallet är materialet godkänt. / Control of zinc coating on assembled railing materials made on site lacks a common methodology. Zinc coating should have a minimum thickness requirements according to the Swedish standard ISO 1461:2009, which is determined by the dimension of the steel thickness. Trafikverket expects that with help from this thesis it could limit the number of measurements on site, otherwise it will take too much time and labor resources, in case control of road and bridge railing systems are required from the customer.  Probabilities and sampling in statistics helps us to limit the number of measurements of the protective devices that are made in the field. Using normal distribution, one arrive at the element of method that with reasonable effort gives a fair picture of the layer thickness of the assembled railing materials. Upon variation of the galvanizers on road barrier systems, each part is investigated separately by measuring zinc thickness of a galvanizers, checking the zinc coating thickness on them, take conclusions and later on investigate the next manufacturer. If a crash barrier is less than 30 pieces, the zinc coating thickness is measured at each facility by itself. For calculation of the zinc coating thickness on a mounted railing material one begins with 30 measurements and the use of the central limit theorem to approximate it to normal distribution and analyze the results. The final result of the thesis is an Excel program with input formulas. The Excel program is a tool for producing 95% confidence interval. Using this interval, one can make conclusions that if the zinc coating on a crash barrier fulfills the requirement or not and later on be able to come up with a result. If the requirement is in the interval or larger than the interval, the material is approved.

A flexible Metal–Organic Framework Zn4O(BenzTB)3/2 (DUT-13) was obtained by combination of a tetratopic linker and Zn4O6+ as connector. The material has a corundum topology and shows the highest pore volume among flexible MOFs. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Submitted by Setor de Tratamento da Informa??o - BC/PUCRS (tede2@pucrs.br) on 2016-05-10T11:30:21Z No. of bitstreams: 1 DIS_MAURIN_DE_SOUZA_COMPLETO.pdf: 1336733 bytes, checksum: ea7687fcadc86d1b77f28f0a8ce6fade (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-10T11:30:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DIS_MAURIN_DE_SOUZA_COMPLETO.pdf: 1336733 bytes, checksum: ea7687fcadc86d1b77f28f0a8ce6fade (MD5) Previous issue date: 2015-01-06 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico - CNPq / Based on the concepts of contemporary and literary engagement, I aim with this thesis analyze the short story "The Wall" by Jean-Paul Sartre, and the novels In slow motion, by Renato Tapaj?s, and Installation of fear, by Rui Zink. The historical moments portrayed in these narratives are the Spanish Civil War, World War II - albeit indirectly, the Brazilian Military Dictatorship and the 2000s (these with small rescues to episodes occurred in the twentieth century). It is my intention also check what feelings that permeate the Man of decades from 1930 to 1980 (anxiety, fear, loneliness, courage, indifference, anger) and if they, today, linger, given the way in which contemporary presents itself and as a reference, therefore, the work of Rui Zink. As I consider essential to be attentive and, more importantly, involve myself with the society for which I am responsible, I instigate discussions about the role of written word as a compromise and I direct it to authors who I understand as engaged and, therefore, I chosed to complete my dissertation. / A partir dos conceitos de contempor?neo e de engajamento liter?rio, objetivo com esta disserta??o analisar o conto ?O muro?, de Jean-Paul Sartre, e os romances Em c?mara lenta, de Renato Tapaj?s, e A instala??o do medo, de Rui Zink. Os momentos hist?ricos retratados nessas narrativas s?o a Guerra Civil Espanhola, a Segunda Guerra Mundial ? ainda que indiretamente, a Ditadura Militar Brasileira e os Anos 2000 (estes com pequenos resgates a epis?dios ocorridos no s?culo XX). ? meu intuito, ainda, verificar quais os sentimentos que permeiam o ser humano das d?cadas de 1930 a 1980 (ang?stia, medo, solid?o, coragem, indiferen?a, raiva) e se eles, hoje, perduram, tendo em vista o modo pelo qual a contemporaneidade apresenta-se e como refer?ncia, para tanto, a obra de Rui Zink. Uma vez que considero imprescind?vel estar atenta e, mais que isso, envolver-me com a sociedade por que sou respons?vel, instigo a discuss?es a respeito do papel da palavra escrita enquanto compromisso e as direciono aos autores que percebo como engajados e que, portanto, escolhi para completar a minha disserta??o.

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A flexible Metal–Organic Framework Zn4O(BenzTB)3/2 (DUT-13) was obtained by combination of a tetratopic linker and Zn4O6+ as connector. The material has a corundum topology and shows the highest pore volume among flexible MOFs. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

There is a widespread distribution of possibly toxic heavy metals, such as zinc, in aquatic ecosystems. Simultaneously aquatic food webs are changing due to declining predatory fish stocks. In this study, I examine how such an alteration of the food chain, the disappearance of a top trophic level, can affect the uptake and transfer of pollutants in lower trophic levels. I investigate a tri-trophic food chain containing resources (zooplankton), consumer fish, and predatory fish and use zinc as an example pollutant. This is done by constructing and adding a pollutant module to a stage-structured biomass model. The combined model is based on a system of eight ordinary differential equations to study the zinc concentrations in the consumer fish population in two scenarios: in the presence or absence of predatory fish, i.e., the food chain consists of either three or two trophic levels. The results show that the removal of the predator affects the concentration of the pollutant in the consumer population. In the absence of predators, the uptake of zinc from food is smaller and the zinc concentration is lower in the consumer fish population. The results remain the same for different values of the pollutant-specific parameters, i.e., uptake rate from water, assimilation efficiency, and efflux rate. This could indicate that food chain dynamics have a strong influence on the uptake and transfer of pollutants. Furthermore, this means that even if the model is parametrized to zinc in this study, the modeling tool can also be used for other pollutants with similar biokinetics as zinc. The results from this study highlight the importance to include food chain structure and dynamics when studying the uptake and transfer of pollutants. The novel knowledge and the developed tool from this study could advantageously be included to a higher degree when discussing the impact of pollution on aquatic ecosystems and mitigation measures. / Det finns en utbredd spridning av potentiellt giftiga tungmetaller, som t.ex. zink, i akvatiska ekosystem. Samtidigt förändras akvatiska födovävar på grund av minskande rovfiskbestånd. I denna studie undersöker jag hur en sådan förändring av födoväven, ett försvinnande av en trofisk toppnivå, kan påverka upptaget och överföringen av föroreningari lägre trofinivåer. Jag undersöker en tritrofisk födokedja som innehåller resurser (zooplankton), konsumentfisk och rovfisk och använder zink som ett exempel på förorening. Detta görs genom att konstruera och addera en föroreningsmodul till en stegstrukturerad biomassamodell. Den kombinerade modellen bygger på ett system med åtta ordinära differentialekvationer för att studera zinkhalterna i konsumentfiskpopulationen i två scenarier: i närvaro eller frånvaro av predatorer, dvs. födokedjan innehåller antingen tre eller två trofiska nivåer. Resultaten visar att koncentrationen av föroreningen i konsumentpopulationen förändras när födokedjan ändras. När rovfiskar saknas i systemet är upptaget av zink från föda mindre och zinkkoncentrationen lägre i konsumentfiskpopulationen. Resultaten förblir detsamma för olika värden på de föroreningsspecifika parametrarna, d.v.s. upptagshastighet från vatten, assimileringseffektivitet och utflödeshastighet, vilket skulle kunna indikera att födokedjans dynamik har ett starkt inflytande på upptag och överföring av föroreningar. Vidare innebär detta att även om modellen har parametriserats till zink i denna studie, så kan modelleringsverktyget även användas för andra föroreningar som har en liknande biokinetik som zink. Resultaten från denna studie understryker vikten av att inkludera födokedjans struktur och dynamik när man studerar upptag och överföring av föroreningar. Den nya kunskapen och det utvecklade verktyget från denna studie skulle med fördel i högre grad inkluderas när man diskuterar föroreningars påverkan på akvatiska ekosystem och vilka åtgärder som bör sättas in för att minska problemen.

’Netto-noll utsläpp’ i EU vid 2050 är ett av målen för att påskynda övergången från fossila bränslen till mer förnyelsebara och hållbara alternativ. Detta har däremot introducerat mer turbulens på elnäten. Ett av verktygen för att reglera och förbättra eldistributionen är stor-skaliga batterier, där litium-jon är den mest förekommande kemin. Men på grund av oro kring resursutbud och hopp om teknologidiversifiering har det påbörjat en sökning efter alternativ som kan användas i stället eller tillsammans med litium-jon batterier. Från en lång lista så har tre alternativ med hög potential identifierats. Dessa är nickel-vätgasbatteri, zink-brom flödesbatteri och järn-luftbatteri. Deras lämplighet undersöktes och diskuterades för flertalet användningsområden och för ett speciellt användarfall av Vattenfall. Slutsatsen var att utav de tre, så är det endast nickel-vätgas som kan förväntas vara ett bra alternativ för specifika fall, att zink-brom har få möjligheter att konkurrera och att järn-luft har väldigt hög potential men också många oklarheter som gör det svårt att förutspå dess utveckling. / With net-zero emissions set to be achieved in the EU by 2050, the transition from fossil-based energy sources to more renewable and green options are ever expanding. This puts a strain on the electricity grids because of the intermittent nature from these energy sources. To mitigate this battery systems are used, of which the lithium-ion battery is the most prevalent, and expected to only increase in use. However, material resource concerns and possible danger of over-reliance on one technology has opened for a search to find other alternatives that could be used instead or in conjunction with the battery. Out of a long list of batteries, the nickel-hydrogen battery, zinc-bromide flow battery and iron-air battery are three alternatives that have been identified to have potential. Their suitability was researched and discussed for various grid-applications. The result show that out of the three, it is only believed that the nickel-hydrogen battery have a definitive competitiveness, that the zinc bromide flow battery has few things going for it, and that the iron-air battery has large potential but just as large uncertainty surrounding its future. Lastly, a specific off-shore wind park case was investigated to see the practicality and competitiveness of the nickel-hydrogen battery compared to a specific lithium-ion chemistry.

Der zunehmende Einsatz regenerativer Energiequellen erfordert die Nutzung von Energiezwischenspeichern, die umweltfreundlich, günstig und skalierbar sein sollten. Die Zink-Luft-Flussbatterie (ZLFB) kann perspektivisch diese Anforderungen erfüllen, wobei zur Bereitstellung der gespeicherten Energie eine Suspension aus Zinkpartikeln in einem gelierten Elektrolyt durch eine elektrochemische Zelle gepumpt wird. Um die Strömungsstruktur der ZLFB auszulegen und Fehlfunktionen zu vermeiden, ist ein grundlegendes Verständnis der Rheologie der Zinksuspension notwendig. Außerdem kann über die Einstellung einer geeigneten Strömung die bei der Entladung erreichte elektrische Leistungsdichte gesteigert werden. Bereits die Flüssigphase der Zinksuspension weist eine komplexe nicht-Newtonsche Rheologie auf, welche durch die Zugabe der Partikel komplexer wird. Für das grundlegende Verständnis der Rheologie werden daher Modellexperimente durchgeführt, wobei in dieser Arbeit ein L-förmiger Kanal mit Strömungsaufweitung untersucht wurde, um die komplexen strömungsmechanischen Eigenschaften der Zinksuspension abzubilden. Zur Erfassung des Strömungsfeldes ist eine Ortsauflösung von 1 … 2 mm in einem Messbereich von 20 × 15 mm2 erforderlich. Ultraschall ist prinzipiell geeignet, um das Strömungsfeld in der opaken Suspension zu erfassen, wobei die wesentliche Herausforderung in den starken Wellenfrontverzerrungen besteht, welche durch die Zinkpartikel eingebracht werden. Es konnte gezeigt werden, dass die Ultrasound Imaging Velocimetry (UIV) robuster gegenüber diesen Störungen ist, als die Ultraschall-Doppler-Velozimetrie (UDV). Die UIV wurde daher mittels Geschwindigkeitsnormal an die messtechnischen Randbedingungen der Zinksuspension angepasst und charakterisiert. Bei einer Ortsauflösung von 1,6 mm wurde eine Gesamtmessunsicherheit von 2,5 % axial und 4,1 % lateral zur Schallausbreitungsrichtung erreicht. Das im Modellexperiment gemessene Strömungsfeld weist eine Totzone an der Strömungsumlenkung auf, deren Auftreten durch eine von der Scherhistorie abhängige Viskosität erklärt werden kann. Dieser Effekt wird als Thixotropie bezeichnet. Durch die In-situ-Messung der Strömung in einer aktiven ZLFB kann eine Korrelation von Strömung und elektrischer Leistung erfolgen und die erzielte Leistungsdichte perspektivisch durch eine Anpassung der Strömung gesteigert werden. Bei der Messung im 2,6 mm hohen Anodenspalt muss aufgrund der komplexen Rheologie der Suspension und der daraus resultierenden hohen Geschwindigkeitsgradienten eine Ortsauflösung von unter 100 µm bei gleichzeitig kleiner Ultraschallfrequenz realisiert werden, da der Ultraschall für hohe Frequenzen nicht in die Zinksuspension eindringt. Um dieses Ziel zu erreichen, wurde die Super Resolution Ultrasound Particle Tracking Velocimetry (SRPTV) genutzt, welche Ortsauflösungen unterhalb des Beugungslimits ermöglicht. Einzelne nichtlineare Streupartikel werden mittels Harmonic Imaging isoliert abgebildet und verfolgt, wobei die durch die Zinkpartikel eingebrachten Wellenfrontstörungen durch einen kohärenzgewichteten Strahlformer kompensiert werden. Es wurde eine Ortsauflösung von 67 µm axial und 30 µm lateral zur Schallausbreitungsrichtung bei einer Anregungswellenlänge von 330 µm erreicht. Trotz der stark streuenden Zinksuspension, konnte so eine Messung in der aktiven ZLFB mit einer maximalen Messunsicherheit von 12,5 % durchgeführt werden. Dabei wurde eine Wandgleitgeschwindigkeit von 3 mm s−1 bei einer maximalen Geschwindigkeit von etwa 8 mm s−1 festgestellt. Die SRPTV kann darüber hinaus in anderen technischen Prozessen eingesetzt werden, in denen Suspensionsströmungen in kleinen Geometrien auftreten.:Symbolverzeichnis xiii Abkürzungsverzeichnis xv 1 Einleitung 1 1.1 Motivation und Zielstellung 1 1.2 Stand der Technik 4 1.3 Lösungsansatz und Struktur der Arbeit 8 2 Theoretische Grundlagen 11 2.1 Grundlagen der Schallausbreitung 11 2.1.1 Schallausbreitung in homogenen Medien 11 2.1.2 Schallausbreitung in inhomogenen Medien 13 2.2 Ultraschall Bildgebung 14 2.2.1 Phased-Array-Prinzip 15 2.2.2 Plane wave imaging 16 2.2.3 Grenzen der Schallfeldfokussierung 16 2.3 Messung von Strömungsfeldern 17 2.3.1 Ultraschall-Doppler-Velozimetrie 18 2.3.2 Ultrasound Imaging Velocimetry 19 2.3.3 Ultrasound Particle Tracking Velocimetry 19 2.4 Nichtlineare akustische Effekte 20 2.4.1 Beschreibung von Linearität 20 2.4.2 Interaktion von nichtlinearen Streupartikeln und Schallwelle 20 2.4.3 Harmonic Imaging 21 3 Experimentelle Grundlagen 25 3.1 Charakterisierung der Zinksuspension 25 3.1.1 Zusammensetzung der Zinksuspension 25 3.1.2 Bestimmung von Dämpfung und Schallgeschwindigkeit 26 3.1.3 Bestimmung der spezifischen akustischen Impedanz 29 3.2 Messtechnik 30 3.2.1 Ultraschallforschungsplattform: Phased Array Ultrasound Dopp- ler Velocimeter 30 3.2.2 Ultraschallwandler 32 4 Verfahren zur Strömungsmessung im Modellexperiment 37 4.1 Experimenteller Aufbau 37 4.2 Untersuchung geeigneter Verfahren zur Messung von Strömungsfel- dern in der Zinksuspension 38 4.3 Optimierung der Signalverarbeitung und Charakterisierung der Messei- genschaften 44 4.3.1 Geschwindigkeitsnormal 44 4.3.2 Optimierung der Messsystemparameter 45 4.3.3 Charakterisierung der Messeigenschaften 48 4.3.4 Validierung 49 4.4 Messung der Suspensionsströmung im Modellexperiment 55 4.4.1 Messergebnisse 55 4.4.2 Vergleich von Simulation und Messung 58 4.5 Fazit 61 5 Verfahren zur In-situ-Strömungsmessung in einer Zink-Luft-Flussbatterie 63 5.1 Experimenteller Aufbau 63 5.2 Strömungsmessung unterhalb des Beugungslimits - Super Resolution Ultrasound Particle Tracking Velocimetry (SRPTV) 65 5.2.1 Nutzung nichtlinearer Streupartikel 68 5.2.2 Trennung von linearem und nichtlinearem Signalanteil 72 5.2.3 Strahlformung mit Kompensation der Streuung 76 5.2.4 Particle Tracking 80 5.3 Charakterisierung der Messeigenschaften 81 5.3.1 Vorgehen zur Charakterisierung der Messeigenschaften 82 5.3.2 Untersuchung der Positionsunsicherheit 83 5.3.3 Untersuchung der Geschwindigkeitsunsicherheit 92 5.4 Messung an einer aktiven Zink-Luft-Flussbatterie 95 5.4.1 Aufbau und Durchführung 95 5.4.2 Messergebnisse 97 5.4.3 Vergleich von Simulation und Messung 97 5.5 Fazit 102 6 Zusammenfassung und Ausblick 103 6.1 Erkenntnisse und Fortschritt 103 6.1.1 Ultrasound Imaging Velocimetry 103 6.1.2 Super Resolution Ultrasound Particle Tracking Velocimetry 104 6.1.3 Fazit 106 6.2 Ausblick und weiterführende Arbeiten 106 6.2.1 Messtechnik 106 6.2.2 Anwendung 107 Literaturverzeichnis 109 Publikationsverzeichnis 117 Artikel in Zeitschriften mit peer-review 117 Tagungsbeiträge 117 Patente 119 / For the efficient use of renewable energies, energy storage systems are required that are environmentally friendly, low priced and scalable. The zinc-air flow battery (ZAB), which is operated by pumping an opaque suspension of zinc particles in an gelled electrolyte through an electrochemical cell, is a promising candidate as energy storage system for these requirements. To design the fluidic structures and avoid malfunction, a fundamental understanding of the rheology of the zinc suspension is required. Additionally, the electrical performance of the cell can be imporved by optimizing the flow in the electrochemical cell. The liquid phase of the suspension itself has complex non-Newtonian properties, which are even more complex when the particles are considered. For the fundamental understanding of the suspension rheology, model experiments are conducted. In this work an L-shaped channel with a widening is used to represent relevant effects from the complex rheology of the suspension. To measure the flow field, a spatial resolution of 1 … 2 mm and a measurement area of 20 × 15 mm2 are required. Ultrasound can be used to measure the flow in opaque liquids, but wavefront distortions are introduced by the zinc particles. Established measurement methods for homogeneous opaque fluids, the Ultrasound Imaging Velocimetry (UIV) and the Ultrasound Doppler Velocimetry (UDV), were compared for the application at the suspension. The UIV has a 50 % lower random deviation, which makes it more suitable for the flow measurement in the suspension and it was adapted to the measurement conditions in the suspension. At a spatial resolution of 1.66 mm, a velocity uncertainty of 2.5 % axial and 4.1 % lateral to the ultrasound propagation were achieved. The application of the UIV to the suspension flow in the model experiment revealed a thixotropic behavior of the fluid, which resulted in a dead flow zone opposite to the inlet of the channel. The in situ measurement of the flow in an active ZAB, allows to correlate electrical performance and flow and thereby an improvement of the cell performance by adapting the flow. For the measurement in the anodic channel with a width of 2.6 mm, a spatial resolution of 100 µm is required because of the high velocity gradients due to the non-Newtonian rheology of the suspension. The high spatial resolution has to be achieved at low ultrasound frequencies, since the ultrasound does not penetrate into the suspension for high frequencies. To achieve this, the Super Resolution Ultrasound Particle Tracking Velocimetry (SRPTV) was used, which allows a spatial resolution beyond the diffraction limit. Harmonic Imaging is used to image isolated non-linear tracer particles, which are tracked for velocity estimation. The speckle and image distortion due to the induced wavefront distortions are compensated with a coherence weighting beamformer. A spatial resolution of 67 µm axial and 30 µm lateral to the ultrasound propagation were achieved. Despite the strong scattering of the ultrasound at the zinc particles, a maximum velocity uncertainty of 12.5 % referred to the maximum velocity was achieved for the measurement in the active ZAB. A slip velocity of 3 mm at a maximum velocity of 8 mm was observed. The SRPTV can be applied to other technical processes, where suspension flows in small geometries play an important role.:Symbolverzeichnis xiii Abkürzungsverzeichnis xv 1 Einleitung 1 1.1 Motivation und Zielstellung 1 1.2 Stand der Technik 4 1.3 Lösungsansatz und Struktur der Arbeit 8 2 Theoretische Grundlagen 11 2.1 Grundlagen der Schallausbreitung 11 2.1.1 Schallausbreitung in homogenen Medien 11 2.1.2 Schallausbreitung in inhomogenen Medien 13 2.2 Ultraschall Bildgebung 14 2.2.1 Phased-Array-Prinzip 15 2.2.2 Plane wave imaging 16 2.2.3 Grenzen der Schallfeldfokussierung 16 2.3 Messung von Strömungsfeldern 17 2.3.1 Ultraschall-Doppler-Velozimetrie 18 2.3.2 Ultrasound Imaging Velocimetry 19 2.3.3 Ultrasound Particle Tracking Velocimetry 19 2.4 Nichtlineare akustische Effekte 20 2.4.1 Beschreibung von Linearität 20 2.4.2 Interaktion von nichtlinearen Streupartikeln und Schallwelle 20 2.4.3 Harmonic Imaging 21 3 Experimentelle Grundlagen 25 3.1 Charakterisierung der Zinksuspension 25 3.1.1 Zusammensetzung der Zinksuspension 25 3.1.2 Bestimmung von Dämpfung und Schallgeschwindigkeit 26 3.1.3 Bestimmung der spezifischen akustischen Impedanz 29 3.2 Messtechnik 30 3.2.1 Ultraschallforschungsplattform: Phased Array Ultrasound Dopp- ler Velocimeter 30 3.2.2 Ultraschallwandler 32 4 Verfahren zur Strömungsmessung im Modellexperiment 37 4.1 Experimenteller Aufbau 37 4.2 Untersuchung geeigneter Verfahren zur Messung von Strömungsfel- dern in der Zinksuspension 38 4.3 Optimierung der Signalverarbeitung und Charakterisierung der Messei- genschaften 44 4.3.1 Geschwindigkeitsnormal 44 4.3.2 Optimierung der Messsystemparameter 45 4.3.3 Charakterisierung der Messeigenschaften 48 4.3.4 Validierung 49 4.4 Messung der Suspensionsströmung im Modellexperiment 55 4.4.1 Messergebnisse 55 4.4.2 Vergleich von Simulation und Messung 58 4.5 Fazit 61 5 Verfahren zur In-situ-Strömungsmessung in einer Zink-Luft-Flussbatterie 63 5.1 Experimenteller Aufbau 63 5.2 Strömungsmessung unterhalb des Beugungslimits - Super Resolution Ultrasound Particle Tracking Velocimetry (SRPTV) 65 5.2.1 Nutzung nichtlinearer Streupartikel 68 5.2.2 Trennung von linearem und nichtlinearem Signalanteil 72 5.2.3 Strahlformung mit Kompensation der Streuung 76 5.2.4 Particle Tracking 80 5.3 Charakterisierung der Messeigenschaften 81 5.3.1 Vorgehen zur Charakterisierung der Messeigenschaften 82 5.3.2 Untersuchung der Positionsunsicherheit 83 5.3.3 Untersuchung der Geschwindigkeitsunsicherheit 92 5.4 Messung an einer aktiven Zink-Luft-Flussbatterie 95 5.4.1 Aufbau und Durchführung 95 5.4.2 Messergebnisse 97 5.4.3 Vergleich von Simulation und Messung 97 5.5 Fazit 102 6 Zusammenfassung und Ausblick 103 6.1 Erkenntnisse und Fortschritt 103 6.1.1 Ultrasound Imaging Velocimetry 103 6.1.2 Super Resolution Ultrasound Particle Tracking Velocimetry 104 6.1.3 Fazit 106 6.2 Ausblick und weiterführende Arbeiten 106 6.2.1 Messtechnik 106 6.2.2 Anwendung 107 Literaturverzeichnis 109 Publikationsverzeichnis 117 Artikel in Zeitschriften mit peer-review 117 Tagungsbeiträge 117 Patente 119

Growth of dendrites, limited coulombic efficiency (CE), and the lack of high-voltage electrolytes restrict the commercialization of zinc batteries and capacitors. These issues are resolved by a new electrolyte, based on the zinc(II)–betaine complex [Zn(bet)2][NTf2]2. Solutions in acetonitrile (AN) avoid dendrite formation. A Zn||Zn cell operates stably over 10 110 h (5055 cycles) at 0.2 mA cm−2 or 110 h at 50 mA cm−2, and has an area capacity of 113 mAh cm−2 at 80% depth of discharge. A zinc–graphite battery performs at 2.6 V with a midpoint discharge-voltage of 2.4 V. The capacity-retention at 3 A g−1 (150 C) is 97% after 1000 cycles and 68% after 10 000 cycles. The charge/discharge time is about 24 s at 3.0 A g−1 with an energy density of 49 Wh kg−1 at a power density of 6864 W kg−1 based on the cathode. A zinc||activated-carbon ion-capacitor (coin cell) exhibits an operating-voltage window of 2.5 V, an energy density of 96 Wh kg−1 with a power density of 610 W kg−1 at 0.5 A g−1. At 12 A g−1, 36 Wh kg−1, and 13 600 W kg−1 are achieved with 90% capacity-retention and an average CE of 96% over 10 000 cycles. Quantum-chemical methods and vibrational spectroscopy reveal [Zn(bet)2(AN)2]2+ as the dominant complex in the electrolyte.