@phdthesis{WulfertHolzmann2022,
  author    = {Wulfert-Holzmann, Paul},
  title     = {Die elektrische Leitf{\"a}higkeit des negativen Aktivmaterials moderner Blei-S{\"a}ure-Batterien},
  doi       = {10.25972/OPUS-29839},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-298397},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {Diese Doktorarbeit besch{\"a}ftigt sich mit dem Wirkmechanismus der elektrischen Leitf{\"a}higkeit in Blei-S{\"a}ure-Batterien. Obwohl ihm eine zentrale Rolle beim „Kohlenstoff-Effekt" zugeordnet wird, ist der Wirkmechanismus der elektrischen Leitf{\"a}higkeit bislang vergleichsweise wenig untersucht worden und konnte dementsprechend noch nicht vollst{\"a}ndig aufgekl{\"a}rt werden. Mit dem Anspruch, diese Forschungsl{\"u}cke zu schließen, zielt die vorliegende Doktorarbeit darauf ab, den Einfluss der elektrischen Leitf{\"a}higkeit auf die Performance der Blei-S{\"a}ure-Batterie systematisch herauszuarbeiten und so einen Beitrag zur Generierung neuer Entwicklungsans{\"a}tze zu leisten, z. B. in Form von maßgeschneiderten Additiven. Bislang ist noch unklar, ob allein die elektrische Leitf{\"a}higkeit des Aktivmaterials relevant ist oder diese auch durch Additive beeinflusst wird. Das liegt vor allem daran, dass geeignete Messmethoden fehlen und deshalb der Einfluss von Additiven auf die elektrische Leitf{\"a}higkeit des Aktivmaterials wenig untersucht wurde. Deswegen zielt diese Arbeit auch darauf ab, eine neuartige Messmethode zu entwickeln, um die elektrische Leitf{\"a}higkeit des Aktivmaterials im laufenden Betrieb bestimmen zu k{\"o}nnen. Aufgrund der Vorkenntnisse und Vorarbeiten am Fraunhofer ISC werden die Untersuchungen dabei auf die negative Elektrode limitiert. Insgesamt unterteilt sich die Doktorarbeit in die zwei Abschnitte. Im ersten Abschnitt werden elektrisch isolierende St{\"o}ber-Silica als Additive im negativen Aktivmaterial eingesetzt, um den Einfluss der elektrischen Leitf{\"a}higkeit des Additivs auf die elektrochemischen Eigenschaften der Batterie herauszustellen. Untersucht wird dabei die u.a. die Doppelschichtkapazit{\"a}t, die Wasserstoffentwicklung und die dynamische Ladeakzeptanz. Im zweiten Abschnitt steht die elektrische Leitf{\"a}higkeit des negativen Aktivmaterials im Fokus. Es wird zun{\"a}chst eine neue Messmethodik entwickelt, die ihre in-situ- und operando-Bestimmung erm{\"o}glicht. Nach einer umfassenden Evaluierung und der Betrachtung verschiedener Betriebsparameter wird die Methodik f{\"u}r eine erste proof-of-concept-Messreihe angewendet, um den Einfluss von Additiven auf die elektrische Leitf{\"a}higkeit des negativen Aktivmaterials zu untersuchen.},
  subject      = {Bleiakkumulator},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Eichinger2021,
  author    = {Eichinger, Stephanie},
  title     = {Die Werke der Dr. Alexander Wacker Gesellschaft f{\"u}r elektrochemische Industrie in M{\"u}ckenberg. Unternehmenspolitik zwischen Markt und Staat in den Umbr{\"u}chen der ersten H{\"a}lfte des 20. Jahrhunderts},
  doi       = {10.25972/OPUS-23868},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-238687},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2021},
  abstract  = {Die Dissertation untersucht unternehmenspolitische Entscheidungen eines Chemie-Konzerns im 20. Jahrhunderts aus der Perspektive der Mikroebene.},
  subject      = {Dr. Alexander Wacker Gesellschaft f{\"u}r Elektrochemische Industrie GmbH},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Settelein2020,
  author    = {Settelein, Jochen},
  title     = {Kohlenstoffadditive f{\"u}r negative Elektroden von modernen Blei-S{\"a}ure Batterien},
  doi       = {10.25972/OPUS-21098},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-210986},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2020},
  abstract  = {In vorliegender Dissertation wurde die Wirkweise von Kohlenstoffadditiven auf die verbesserten Ladeeigenschaften negativer Blei-Kohlenstoff Elektroden untersucht, wodurch ein wichtiger Beitrag f{\"u}r die Weiterentwicklung modernen Blei-S{\"a}ure Batterien geliefert wurde. Neben der Aufkl{\"a}rung der elektrochemischen Prozesse an Kohlenstoffoberfl{\"a}chen, trug die Arbeit dazu bei, das Verst{\"a}ndnis hinsichtlich der Rolle des Kohlenstoffs zur Erh{\"o}hung der dynamischen Stromaufnahme zu vertiefen und eine Messmethodik zur Bestimmung der Blei-Affinit{\"a}t von Graphitpulver zu entwickeln. Die wichtigsten Erkenntnisse dieser drei Themenfelder werden an dieser Stelle noch einmal zusammengefasst. Elektrochemische Untersuchungen an amorphem Kohlenstoff: Um ein grunds{\"a}tzliches Verst{\"a}ndnis {\"u}ber die elektrochemische Aktivit{\"a}t von Kohlenstoff in verd{\"u}nnter Schwefels{\"a}ure zu erhalten, wurden in Kapitel 4 die elektrochemisch ablaufenden Reaktion an der Phasengrenze Kohlenstoff/verd{\"u}nnte Schwefels{\"a}ure bestimmt und diskutiert. Als Messmethode diente eine rotierende Scheibenelektrode aus glasartigem Kohlenstoff. Im Gegensatz zu inerten, metallischen Elektroden, zeigte sich an glasartigem Kohlenstoff ein deutlich komplexeres Verhalten. Die Kohlenstoffoberfl{\"a}che ver{\"a}ndert sich in Abh{\"a}ngigkeit des anliegenden Potentials signifikant. F{\"u}r Potentiale {\"u}ber 1,0 V vs. RHE findet eine Oxidation des Kohlenstoffs statt und eine Zersetzung zu CO2. Diese Ver{\"a}nderungen haben wiederum Auswirkungen auf alle anderen elektrochemisch ablaufenden Reaktionen. So wurde durch umfassende zyklovoltammetrische Untersuchungen und mithilfe der differentiellen elektrochemischen Massenspektroskopie erstmals nachgewiesen, dass die Wasserstoffentwicklung durch kurzzeitige Oxidation des Kohlenstoffs signifikant unterdr{\"u}ckt werden kann. Zus{\"a}tzliche {\"U}berspannungen von {\"u}ber einem Volt legen den Verdacht nahe, dass die Adsorption von Protonen verhindert wird und die Zersetzung des Elektrolyten erst durch Radikalbildung bei extremen Potentialen unter 2,0 V vs. RHE stattfindet. Zuk{\"u}nftig l{\"a}sst sich dieser Effekt m{\"o}glicherweise dazu einsetzen, die Nebenreaktion in Blei-S{\"a}ure Batterien gezielt zu verringern . Struktur-Eigenschafts-Beziehung zwischen externer Kohlenstoffoberfl{\"a}che und dynamischer Stromaufnahme: Im Anschluss an die elektrochemische Analyse der reinen Kohlenstoffelektrode wurde in Kapitel 5 die Struktur-Eigenschafts-Beziehung von amorphem Kohlenstoff auf die elektrochemische Aktivit{\"a}t negativer Blei-Kohlenstoff-Elektroden systematisch untersucht. Hierzu wurden Elektroden aus sechs verschiedenen negativen Aktivmasserezepturen hergestellt, welche sich einzig im zugemischten Kohlenstoffadditiv unterschieden. Durch die Verwendung von Kohlenstoffpulver mit gezielt eingestellter spezifischer Oberfl{\"a}che, konnte zum ersten Mal nachgewiesen werden, dass allein die externe Kohlenstoffoberfl{\"a}che relevant f{\"u}r die Erh{\"o}hung der Aktivit{\"a}t der Elektrode ist. Zyklovoltammetrische Messungen zeigten, dass sowohl die Wasserstoffentwicklungsreaktion als auch die Doppelschichtkapazit{\"a}t durch eine zus{\"a}tzlich in die Aktivmasse eingebrachte externe Kohlenstoffoberfl{\"a}che verst{\"a}rkt wird. Erstmals wurde ein linearer Zusammenhang zwischen Doppelschichtkapazit{\"a}t und dynamischer Stromaufnahme festgestellt, der belegt, dass die Erh{\"o}hung der dynamischen Stromaufnahme auf einen reinen Oberfl{\"a}cheneffekt zur{\"u}ckzuf{\"u}hren ist. Da sowohl der Strom durch die Wasserstoffentwicklung als auch durch die Ladung der Doppelschicht nicht ausreichen, um die erh{\"o}hte Stromaufnahme zu erk{\"a}ren, muss davon ausgegangen werden, dass die Bleisulfatreduktion durch den Kohlenstoff katalysiert wird. Erkl{\"a}rungsans{\"a}tze sind eine vergr{\"o}ßerte aktive Oberfl{\"a}che an Bleisulfat aufgrund einer er{\"o}hten Porosit{\"a}t und die Adsorption des oberfl{\"a}chenaktiven Ligninsulfonats auf der Kohlenstoffoberfl{\"a}che anstelle der des Bleisulfats . Blei-Affinit{\"a}t von Graphitpulver: Abschließend wurde in Kapitel 6 eine neue Messmethodik evaluiert, um die Elektrokristallisation von Blei auf Kohlenstoffadditiven zu charakterisieren. Hierf{\"u}r wurde Bleimetall potentiostatisch aus w{\"a}ssriger L{\"o}sung auf graphitische Kohlenstoffelektroden abgeschieden und das Kristallwachstum und die Keimzahldichte anhand mikroskopischer Betrachtungen und Modellierung der Strom-Zeit-Transienten analysiert. Es konnte gezeigt werden, dass sich Blei in partikul{\"a}rer Form an definierten Stellen der Graphitkristalle abscheidet und dass die Anzahl an Keimstellen durch die H{\"o}he der Abscheidespannung variiert werden kann. In Anwesenheit von Ligninsulfonat wird das Keimwachstum verlangsamt und die urspr{\"u}nglich instantane Keimbildung in eine progressive {\"u}berf{\"u}hrt. Ein f{\"u}r die Anwendung besonders relevantes Ergebnis lieferte der Vergleich zweier kommerzieller Graphitpulver, welche sowohl im Modellversuch, als auch als Additiv in negativen Bleielektroden eine signifikant unterschiedliche Keimzahldichte aufzeigten. Graphite mit einer hohen Kristallitgr{\"o}ße zeigen eine besonders hohe Bleiaffinit{\"a}t.},
  subject      = {Kohlenstoff},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Voelckel2022,
  author    = {Voelckel, Markus},
  title     = {Zeitaufgel{\"o}ste Spektroskopie von nanoskaligen Halbleitern und Pyrenderivaten},
  doi       = {10.25972/OPUS-27611},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-276119},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {Um den jahrtausendealten Weg der Menschheit vom Papyrus {\"u}ber Buchdruck und siliziumbasierte Halbleiter in Richtung noch leistungsf{\"a}higerer Technologien zu gehen und weiterhin Heureka-Momente zu schaffen, bieten Kohlenstoffnanor{\"o}hren ein weites Forschungsfeld. Besonders die halbleitenden Charakteristika von SWNTs sowie die Manipulation dieser durch Dotierung bergen viele M{\"o}glichkeiten f{\"u}r zuk{\"u}nftige Anwendungen in moderner Elektrotechnologie. Der Weg zu einer industriellen Implementierung von SWNTs in neuartigen optoelektronischen Bauteilen ließe sich durch eine Ausweitung des Wissens bez{\"u}glich SWNTs und der dotierungsbasierten Anpassung ihrer Eigenschaften ebnen. Mit dieser Erkenntniserweiterung als Zielsetzung wurden im Rahmen dieser Dissertation halbleitende, einwandige (6,5)-Kohlenstoffnanor{\"o}hren als chiralit{\"a}tsreine, polymerstabilisierte Proben untersucht. Die ultrakurzzeitaufgel{\"o}ste Spektroskopie der SWNTs erfolgte an organischen Suspensionen wie auch D{\"u}nnschichtfilmen, die je mittels eines gewissen Quantums an Gold(III)-chlorid dotiert worden waren. So konnten die ablaufenden Dynamiken auf einer ps-Zeitskala untersucht werden. In Kapitel 4 konnte mittels transienter Absorptionsexperimente an redoxchemisch p-dotierter SWNT-Suspensionen zun{\"a}chst gezeigt werden, dass sich die bei optischer Anregung gebildeten Trionen nicht analog zu Exzitonen diffusiv entlang der Nanor{\"o}hre bewegen, sondern lokalisiert vorliegen. Die l{\"a}ngere trionischen Zerfallsdauer nach X\$_1\$- verglichen mit X\$_1^+\$-resonanter Anregung zeugt außerdem davon, dass das Trion aus dem Exziton gespeist wird. Der Einfluss der Dotierung auf die Zerfallsdynamiken von X\$_1\$ und X\$_1^+\$ wurde an SWNT-D{\"u}nnschichtfilmen untersucht. Das Photobleichsignal des Exzitons verschiebt hypsochrom und zerf{\"a}llt schneller mit zunehmender Ladungstr{\"a}gerdichte durch h{\"o}herer Gold(III)-chloridkonzentrationen. Dies resultiert aus dem verringerten Abstand zwischen den Ladungstr{\"a}gern, welche als nichtstrahlende L{\"o}schstellen fungieren. F{\"u}r das X\$_1^+\$-PB ist ein {\"a}hnliches Verhalten zu beobachten. Dabei wird dieses Signal mit weiter steigender Dotierung von einer der H-Bande zuzuordnenden Photoabsorption {\"u}berlagert. Diese l{\"a}sst sich in einer starken S{\"a}ttigung der Dotierung wie auch einer hohen Bandkantenverschiebung begr{\"u}nden. In Kapitel 5 wurde die Gr{\"o}ße der Exzitonen und Trionen in dotierten SWNT-D{\"u}nnschichtfilmen mittels des Phasenraumf{\"u}llmodells bestimmt. Dabei lag besonderes Augenmerk auf der Kompensation des PB/PA-{\"U}berlapps, dem schnellen Zerfall, einem Ausgleich von Differenzen zwischen Anrege- und Absorptionsspektrum sowie dem Anteil intrinsischer/dotierter Nanorohrsegmente, um korrigierte Gr{\"o}ßen \$\xi_\mathrm{k}\$ zu erhalten. F{\"u}r die Trionengr{\"o}ße wurde zus{\"a}tzlich der {\"U}berlapp der Absorptionsbanden einbezogen, um korrigierte Werte \$\xi_{\mathrm{T,k}}\$ zu bestimmen. \$\xi_\mathrm{k}\$ betr{\"a}gt in der intrinsischen Form 6\$\pm\$2\,nm und bleibt bis zu einer Ladungstr{\"a}gerdichte \$n_{\mathrm{LT}}<0.10\$\,nm\$^{-1}\$ etwa gleich, anschließend ist ein Absinken bis auf etwa 4\,nm bei \$n_{\mathrm{LT}}\approx0.20\$\,nm\$^{-1}\$ zu beobachten. F{\"u}r diesen Trend ist die {\"U}berlagerung von Exziton- und H-Bande verantwortlich, da so der Faktor zur Bestimmung des Anteils intrinsischer Nanorohrsegmente an der SWNT verf{\"a}lscht wird. Die Abweichung der intrinsischen Gr{\"o}ße von den in der Literatur berichteten 13\$\pm\$3\,nm ist m{\"o}glicherweise auf Unterschiede in der Probenpr{\"a}paration zur{\"u}ckzuf{\"u}hren. F{\"u}r die Trionengr{\"o}ße ergibt sich bei steigender Dotierung ein {\"a}hnliches Verhalten: Sie betr{\"a}gt f{\"u}r \$n_{\mathrm{LT}}<0.20\$\,nm\$^{-1}\$ 1.83\$\pm\$0.47\,nm, was in der Gr{\"o}ßenordnung in guter {\"U}bereinstimmung mit der Literatur ist. F{\"u}r h{\"o}here Dotierungen sinkt \$\xi_{\mathrm{T,k}}\$ bis auf 0.92\$\pm\$0.26nm ab. Dies erkl{\"a}rt sich dadurch, dass bei h{\"o}herer \$n_{\mathrm{LT}}\$ die H-Bande das Spektrum dominiert, sodass der Einfluss der Absorptionsbanden{\"u}berlagerung nicht mehr vollst{\"a}ndig durch den entsprechenden Korrekturfaktor kompensiert werden kann. Kapitel 6 besch{\"a}ftigte sich anstelle redoxchemischer Dotierung der nanoskaligen Halbleiter mit der (spektro-)elektrochemischen Untersuchung von Vorl{\"a}ufern molekularer Radikale. SWV-Messungen weisen dabei darauf hin, dass die Pyrene Pyr1-Pyr3 entsprechend der Anzahl ihrer Substituenten bei Reduktion Mono-, Bi- beziehungsweise Tetraradikale bilden. Die strukturelle {\"A}hnlichkeit der Molek{\"u}le {\"a}ußert sich in gleichen Reduktionspotentialen wie auch {\"a}hnlichen potentialabh{\"a}ngigen Absorptionsspektren. W{\"a}hrend nur marginale Unterschiede in den PL-Spektren der neutralen und reduzierten Spezies festgestellt werden konnte, lieferte das zeitkorrelierte Einzelphotonenz{\"a}hlen aufschlussreichere Ergebnisse: So wird die Fluoreszenzlebensdauer stark von der Polarit{\"a}t der Umgegbung beeinflusst - bereits die Zugabe des Leitsalzes f{\"u}hrt hier zu {\"A}nderungen. Die durchschnittliche Fluoreszenzlebensdauer \$\tau_{\mathrm{av}}\$ sinkt außerdem mit Reduktion und Radikalbildung; f{\"u}r h{\"o}here Emissionswellenl{\"a}ngen ist \$\tau_{\mathrm{av}}\$ außerdem h{\"o}her. Insgesamt verdeutlichten die Experimente die gute Abschirmung zwischen Pyrenkern und Naphthalimidsubstituenten der Molek{\"u}le sowie die Sensibilit{\"a}t gegen{\"u}ber dem Medium durch TICT, das Vorhandensein von Bi- und Tetraradikalen kann allerdings nicht vollst{\"a}ndig belegt werden, wof{\"u}r EPR-Messugen notwendig w{\"a}ren.},
  subject      = {Dotierung},
  language  = {de}
}