@phdthesis{Christ2019,
  author    = {Christ, Bastian},
  title     = {Synthese, Fabrikation und Charakterisierung eines faserf{\"o}rmigen Zelltr{\"a}germaterials auf Basis von Titan-oxo-carboxo-Clustern},
  doi       = {10.25972/OPUS-16201},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-162015},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {In dieser Arbeit konnten ethanolische Sole aus TEOT und der metabolisierbaren α-Hydroxycarbons{\"a}ure Milchs{\"a}ure (LA) in spinnf{\"a}hige viskose Spinnmassen {\"u}berf{\"u}hrt werden und erstmalig {\"u}ber die Methode des Druckspinnens zu Mikrofasern prozessiert werden. Die hybriden Fasern sind intrinsisch stabil. {\"U}ber FTIR- und 13C-MAS-NMR-Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass in der Faser der Koordinationsmodus von LA an Ti sowohl im mono- als auch im bidentaten Modus (Nomenklatur bezogen auf die S{\"a}ureeinheit) vorliegt. Die n{\"a}here Untersuchung des Degradationsverhaltens einer LA-Faser zeigte haupts{\"a}chlich die Freisetzung von Lactat und Ethanol innerhalb weniger Stunden. Danach kann kaum noch ein Massenverlust der Fasern nachgewiesen werden. Vermutlich ist die Degradationsgeschwindigkeit abh{\"a}ngig von der S{\"a}ttigungskonzentration der wasserl{\"o}slichen Titanoxid-Spezies Ti(OH)4 und Ti(O)(OH)2. Die L{\"o}slichkeit dieser Verbindungen betr{\"a}gt ca. 1 µmol/L. Die Freisetzung von Titanverbindungen an das Degradationsmedium konnte {\"u}ber ICP-Messungen und indirekt auch {\"u}ber NMR-Messungen der Degradationsprodukte in L{\"o}sung nachgewiesen werden. Nach ca. einer Woche in L{\"o}sung bildet sich der wasserl{\"o}sliche metallorganische Komplex TiBALDH. Dieser Komplex zeigt keinen negativen Einfluss auf die Umwelt, so dass Zellkulturmedien, die in Kontakt mit den Fasermaterialien getreten sind, in Zukunft nach dem Autoklavieren gefahrlos entsorgt werden k{\"o}nnen. Zudem sollte keines der detektierten Abbauprodukte in den abgegebenen Mengen toxisch auf den humanen Organismus bei in vivo-Anwendungen wirken. Lactat und Ethanol k{\"o}nnen im menschlichen Organismus verstoffwechselt werden. TIBALDH ist dem im menschlichen Serum nachweisbaren Titan(IV)citrat-Komplex strukturell sehr {\"a}hnlich. Aufgrund der Tatsache, dass die Bildung von TiBALDH ca. 1 Woche dauert, ist die vorherige Bildung des Titan(IV)citrat-Komplexes im humanen Organismus wahrscheinlich. Weiterhin konnte das hybride Fasermaterial durch den Zusatz von basischen Stoffen neutralisiert werden und nach Vorkonditionierung der Fasern als nicht zytotoxisch eingestuft werden. Als Gegenionen wurde Ammonium, das biogene Amin Phenethylamin, die Aminos{\"a}ure Phenylalanin und das Biopolymer CHI getestet. F{\"u}r zuk{\"u}nftige Weiterentwicklungen k{\"o}nnen auch basische Wirkstoffe als Gegenionen herangezogen werden. Somit k{\"o}nnte das hybride Zelltr{\"a}germaterial zus{\"a}tzlich eine Drug-Delivery-Funktion erhalten. Die LA-Fasern verhalten sich nach dem Verspinnen sehr flexibel. Bei einer Lagerung bei RT jedoch verspr{\"o}den diese sehr schnell innerhalb von 3 d. Diese Materialeigenschaft wurde im zweiten Teil der Arbeit n{\"a}her untersucht und optimiert. Tempern des Fasermaterials bei 170 °C bewirkte eine Umlagerung der LA-Liganden zu AA-Liganden, aber keine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften. Versuche einer getemperten LA-Faser mit CHI als Gegenion zeigte durchwegs positive Eigenschaften in den Zytotoxizit{\"a}tstests und auf deren Oberfl{\"a}che konnten Zellen der Zelllinien L929, 16HBE, HTB94 und MG63 erfolgreich kultiviert werden. Durch die Verwendung anderer metabolisierbarer α Hydroxycarbons{\"a}uren konnten R{\"u}ckschl{\"u}sse auf die chemische Zusammensetzung der Fasern gezogen werden. Die Fasern scheinen aus wenig untereinander vernetzen Titan-oxo-carboxo-Clustern der Summenformel [Ti6O6(OR)6(Carboxylat)6] (mit R = H2+, H, Et oder „Ti6O6(OR)5(Carboxylat)6") zu bestehen. Durch Variation der verwendeten S{\"a}uren konnten die Wechselwirkungen der Cluster untereinander verst{\"a}rkt werden, so dass beispielsweise eine Faser mit MA bedeutend flexiblere Eigenschaften - auch bei einer Lagerung f{\"u}r 3d bei RT aufweist. Des Weiteren konnte durch Lagerung dieser Faser bei 4 °C der Verspr{\"o}dungsprozess f{\"u}r mind. 1 Monat gestoppt werden. Eine Lagerung von Medizinprodukten bei 4 °C stellt in L{\"a}ndern mit ausreichender Infrastruktur kein Problem dar. Aufbauend auf diesen Tatsachen und TGA-MS-Messungen konnte die These aufgestellt werden, dass sich zwischen den wenig untereinander vernetzten Titan-oxo-carboxo-Cluster direkt nach dem Verspinnen noch Wassermolek{\"u}le befinden. Diese Reste an Wasser verleihen - vermutlich aufgrund der Ausbildung von Wasserstoffbr{\"u}ckenbindungen - der Faser flexible Eigenschaften. Bei einer Lagerung bei RT entweichen diese Wasserreste und die Faser verspr{\"o}det; bei einer Lagerung bei 4°C wird das Verdampfen des restlichen Wassers bedeutend verlangsamt. Die Faser mit den flexibelsten Eigenschaften konnte letztendlich durch die Verwendung des zweiz{\"a}hnigen Carboxylat-Liganden MalA erhalten werden. Zusammenfassend konnte in dieser Arbeit ein neuartiges faserf{\"o}rmiges Material auf Basis von Titan-oxo-carboxo-Clustern produziert werden, welches großes Potential besitzt als Zelltr{\"a}germaterial Anwendung zu finden. Aufbauend auf den hier gewonnenen Ergebnissen k{\"o}nnen die mechanischen Eigenschaften weiter optimiert und die Anforderungen des gew{\"u}nschten Zielgewebes feinjustiert werden. Zudem besteht die M{\"o}glichkeit dem Material Drug-Delivery-Eigenschaften zu verleihen. Somit k{\"o}nnte das Scaffold aus Mikrofasern neben den bereits integrierten chemischen und physikalischen Stimuli (die Oberfl{\"a}chenfunktionalit{\"a}ten und die Oberfl{\"a}chentopographie der Fasern) auch durch freigesetzte Wirkstoffe Zellen zur gew{\"u}nschten Differenzierung anregen.},
  subject      = {Scaffold <Biologie>},
  language  = {de}
}
@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{Bach2017,
  author    = {Bach, Tobias},
  title     = {Electromechanical interactions in lithium-ion batteries: Aging effects and analytical use},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-153325},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2017},
  abstract  = {In the first part of his work, the causes for the sudden degradation of useable capacity of lithium-ion cells have been studied by means of complementary methods such as computed tomography, Post-Mortem studies and electrochemical analyses. The results obtained point unanimously to heterogeneous aging as a key-factor for the sudden degradation of cell capacity, which in turn is triggered by differences in local compression. At high states of health, the capacity fade rate is moderate but some areas of the graphite electrode degrade faster than others. Still, the localized changes are hardly noticeable on cell level due to averaging effects. Lithium plating occurs first in unevenly compressed areas, creating patterns visible to the human eye. As lithium plating leads to rapid consumption of active lithium, a sudden drop in capacity is observed on cell level. Lithium plating appears to spread out from the initial areas over the whole graphite electrode, quickly consuming the remaining useful lithium and active graphite. It can be hypothesized that a self-amplifying circle of reciprocal acceleration of local lithium loss and material loss causes rapid local degradation. Battery cell designers can improve cycle life by homogeneous pressure distribution in the cell and using negative active materials that are resilient to elevated discharge potentials such as improved carbons or lithium titanate. Also, a sufficiently oversized negative electrode and suitable electrolyte additives can help to avoid lithium plating. When packs are designed, care must be taken not to exert local pressure on parts of cells and to avoid both very high and low states of charge. In the second part of this dissertation the resilience of cylindrical and pouchbag cells to shocks and different vibrations was investigated. Stresses inflicted by vibration and shock tests according to the widely recognized UN38.3 transport test were compared to a long-time test that exposed cells to a 186 days long ordeal of sine sweep vibrations with a profile based on real-world applications. All cells passed visual and electric inspection performed by TU M{\"u}nchen after the vibration tests. Only cylindrical cells subjected to long-term vibrations in axial direction showed an increase in impedance and a loss of capacity that could be recuperated in part. The detailed analyses presented in this thesis gave more details on the damages inflicted by vibrations and shocks and revealed drastic damages in some cases. In cylindrical cells, only movement in axial direction caused damage. Long term vibrations were found to be especially detrimental. No damage whatsoever could be detected for pouch cells, regardless of the test protocol and the direction of movement. The extreme resilience of pouchbag cells shows that the electrode stack of lithium-ion cells is resistant to vibrations, and that damages are caused by design imperfections that can be improved at low cost. The findings of this work, and the general state of research show that it is most crucial to control the lithiation and thus potential of the graphite electrode. In the last part of this work, a new, direct method for charge estimation based on changing transmission is presented. A correlation between transmission of short ultrasonic pulses and state of charge is found. This new technology allows direct measurement of the state of charge. The method is demonstrated for batteries with different positive active materials, showing its versatility. As the observed changes can be traced to the lithiation of graphite, it can be determined without a reference electrode. Already at this early stage of development, the found correlations allow estimation of state of charge. The present hysteresis in the signal height of the slow wave, which is unneglectable especially during discharging at higher currents, will be subject to further investigation. The observed effects can be explained by effects on different length scales. Biot's theory explains the second wave's slowness based on the active material particles size in the range of 0.01 mm and electrolyte-filled pores. Lithiation of graphite changes the porosity of the electrode and thereby the velocity and wavelength of the impulse. When the wavelength approaches the length scale of the layers, 0.1 mm, scattering effects dampen the transmitted signal. Finally, the wavelength of the pulse should be shorter than the transducers diameter to obtain a homogeneous wave front. To conclude, the new method allows the control of each individual cell in a pack independent from the electrical connections of the cells. As the method shows great promise, further studies regarding factors such as long-term behavior, temperature and current rates should be conducted. In this thesis hysteresis was observed and a deeper understanding of the reasons behind it may allow further improvements of measurement precision.},
  subject      = {Lithium-Ionen-Akkumulator},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Stier2022,
  author    = {Stier, Simon},
  title     = {Konzepte, Materialien und Verfahren f{\"u}r multimodale und hochintegrierte Elastomersensorik},
  doi       = {10.25972/OPUS-26087},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-260875},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {Dielektrische Elastomersensoren sind aus Elastomermaterialien aufgebaute Sensoren mit einem kapazitiven Messprinzip. In ihrer einfachsten Form bestehen sie aus einer dehnbaren Elastomerfolie als Dielektrikum, die beidseitig mit leitf{\"a}higen und ebenfalls dehnbaren Schichten als Elektroden bedeckt ist. Damit entsteht ein mechanisch verformbarer elektrischer Kondensator, dessen Kapazit{\"a}t mit der Dehnung der Elastomerfolie stetig ansteigt. Neben solchen Dehnungssensoren lassen sich mit einem geeigneten geometrischen Aufbau auch dielektrische Elastomersensoren realisieren, bei denen eine elektrische Kapazit{\"a}t mit einem angelegten Druck bzw. einer Kraft auf die Oberfl{\"a}che, mit einer Scherkraft oder mit der Ann{\"a}herung eines elektrisch leitf{\"a}higen oder polarisierbaren K{\"o}rpers wie z. B. der menschlichen Hand messbar ansteigt. Durch ihre vielf{\"a}ltige Funktion, intrinsische Verformbarkeit und fl{\"a}chige Ausgestaltung weisen Dielektrische Elastomersensoren erhebliches Potential in der Schaffung smarter, sensitiver Oberfl{\"a}chen auf. Dabei sind weitgehende und individuelle Adaptionen auf den jeweiligen Anwendungszweck durch Abstimmung geometrischer, mechanischer und elektrischer Eigenschaften m{\"o}glich. Die bisherige Forschung beschr{\"a}nkt sich jedoch auf die Analyse und Optimierung einzelner Aspekte ohne das Potential einer {\"u}bergreifenden systemischen Perspektive zu nutzen. Diese Arbeit widmet sich daher der Betrachtung der Sensorik als Gesamtsystem, sowohl horizontal - von abstrakten Modellen bis zur Fertigung und prototypischen Anwendung - als auch vertikal {\"u}ber die Komponenten Material, Struktur und Elektronik. Hierbei wurden in mehreren Teilgebieten eigenst{\"a}ndige neue Erkenntnisse und Verbesserungen erzielt, die anschließend in die {\"u}bergreifende Betrachtung des Gesamtsystems integriert wurden. So wurden in den theoretischen Vorarbeiten neue Konzepte zur ortsaufgel{\"o}sten Erfassung mehrerer physikalischer Gr{\"o}ßen und zur elektrischen und mechanischen Modellierung entwickelt. Die abgeleiteten Materialanforderungen wurden in eine tiefgehende Charakterisierung der verwendeten Elastomer-Kompositwerkstoffe {\"u}berf{\"u}hrt, in der neuartige analytische Methoden in Form von dynamischer elektromechanischer Testung und nanoskaliger Computertomographie zur Aufkl{\"a}rung der inneren Wechselwirkungen zum Einsatz kamen. Im Bereich der automatisierten Prozessierung wurde ein f{\"u}r die komplexen mehrschichtigen Elektrodenstrukturen geeigneter neuer lasergest{\"u}tzer substraktiver Fertigungprozess etabliert, der zudem die Br{\"u}cke zu elastischer Elektronik schl{\"a}gt. In der abschließenden Anwendungsevaluierung wurden mehrere ortsaufgel{\"o}ste und multimodale Gesamtsysteme aufgebaut und geeignete Messelektronik und Software entwickelt. Abschließend wurden die Systeme mit einem eigens entwickelten robotischen Testsystem charakterisiert und zudem das Potential der Auswertung mittels maschinellem Lernen aufgezeigt.},
  subject      = {Taktiler Sensor},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Mueller2022,
  author    = {M{\"u}ller, Melanie},
  title     = {Untersuchung von Grenzfl{\"a}chenreaktionen von kristallisierenden Glasloten bei der F{\"u}gung von Hochtemperaturbrennstoffzellen},
  doi       = {10.25972/OPUS-29687},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-296871},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {F{\"u}r die F{\"u}gung der Interkonnektoren einer Hochtemperaturbrennstoffzelle wurden in der hier vorliegenden Arbeit glaskeramische Lote entwickelt und untersucht. Es konnte ein hochviskoses Glas gefunden werden, das trotz fehlendem Erweichen bei der F{\"u}gung eine stabile, gasdichte und elektrisch isolierende glaskeramische F{\"u}gung ausbildet. Auch w{\"a}hrend des Betriebs kommt es zu keinem Erweichen der F{\"u}gung. Weiter treten keine feststellbaren Reaktionen mit den potentiellen Reaktionspartnern, den Stahlelementen, auf. Es konnte eine Korrelation dieses Reaktionsverhaltens mit dem Kristallisationsverhalten der Glaskeramik gefunden werden. Das Verhalten des Glaslotes wurde {\"u}ber mehrere tausend Stunden unter Betriebsbedingungen beziehungsweise betriebsimulierenden Bedingungen untersucht. Dabei konnte die Kristallisationsentwicklung beschrieben werden. Ein weiterer Aspekt der Arbeit war die Untersuchung des Einflusses der einzelnen Faktoren, denen ein Glaslot w{\"a}hrend seines Einsatzes von der F{\"u}gung bis zum Betrieb ausgesetzt ist, wie die F{\"u}getemperatur, die Viskosit{\"a}t der eingesetzten glasbildenden Schmelze oder die Dualgasatmosph{\"a}re im Betrieb, auf das Gef{\"u}ge und die Diffusion. Hierbei konnte gezeigt werden, dass die F{\"u}getemperatur mit Abstand den gr{\"o}ßten Einfluss auf die Stabilit{\"a}t der Glaslotschicht hat. Diese bedingt nicht nur die Kinetik des Fließens und die Benetzung des Stahls durch das Glas, sondern vor allem, welche Kristallphasen gebildet werden und wie das finale Gef{\"u}ge im Hinblick auf Kristallitgr{\"o}ße und -verteilung aussieht. So kommt es bei h{\"o}heren Temperaturen zu einem gr{\"o}ßeren Restglasphasenanteil und einem geringeren Kristallitanteil, was wiederum die Diffusion der Stahlelemente in die Glaslotschicht beg{\"u}nstigt.},
  subject      = {Hochtemperaturbrennstoffzelle},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Flegler2019,
  author    = {Flegler, Andreas},
  title     = {Kathoden f{\"u}r Metall-Luft Batterien},
  doi       = {10.25972/OPUS-19201},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-192013},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {In der vorliegenden Dissertation - Kathoden f{\"u}r Metall-Luft Batterien - steht die Komponente Gasdiffusionselektrode (GDE) - oftmals auch als Luft-Kathode bezeichnet - einer w{\"a}ssrigen Metall-Luft Batterie im Fokus. Ziel dieser Arbeit ist die Synthese und Charakterisierung verschiedener Katalysatorsysteme f{\"u}r die Sauerstoffreduktion und -evolution. Dabei soll auf die Verwendung von Edelmetallen verzichtet und der Einsatz von verf{\"u}gbaren und g{\"u}nstigen Materialien bzw. Herstellungsprozessen favorisiert werden. Auf Basis von bekannten Materialklassen sollen repr{\"a}sentative Katalysatoren synthetisiert und ihre katalytischen Aktivit{\"a}ten f{\"u}r die Sauerstoffreduktion und -evolution bestimmt werden. Im Detail wird eine m{\"o}gliche Korrelation der strukturellen Eigenschaften der Katalysatoren auf die katalytische Aktivit{\"a}t untersucht. Auf Basis dieser Erkenntnisse sollen die Katalysatoren modifiziert werden, um die katalytischen Eigenschaften weiter zu optimieren. Um einen geschlossenen Entwicklungszyklus in dieser Arbeit realisieren zu k{\"o}nnen, wird parallel ein kosteng{\"u}nstiger und skalierbarer Herstellungsprozess von GDEs entwickelt. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit ist es, Konzepte f{\"u}r sekund{\"a}re Zink-Luft Energiespeicher zu erarbeiten und deren Umsetzung zu untersuchen. Dabei kommen die zuvor entwickelten Katalysatoren zum Einsatz. Die vorliegende Arbeit gliedert sich, nach der Darlegung der relevanten Grundlagen mit Stand der Wissenschaft und Technik, in vier Teilkapitel, in denen die einzelnen Ziele adressiert sind. Dies sind die Erforschung reiner Katalysatoren und hybrider Katalysatoren sowie die Etablierung eines Herstellungsprozesses f{\"u}r GDEs und die Implementierung dieser in sekund{\"a}re Zink-Luft Energiespeicher. Die experimentellen Grundlagen befinden sich im darauffolgenden Kapitel.},
  subject      = {Gasdiffusionselektrode},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Schneider2020,
  author    = {Schneider, Michael},
  title     = {Entwicklung magnetischer Kompositpartikel zur Fluidbehandlung und Wertstoffr{\"u}ckgewinnung},
  doi       = {10.25972/OPUS-19968},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-199681},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2020},
  abstract  = {In der vorliegenden Arbeit wurden magnetische Kompositpartikel f{\"u}r den Einsatz in Fl{\"u}ssigkeiten entwickelt. Der Aufbau der Partikel erfolgte dabei modular, sodass eine Anpassung an verschiedene Einsatzm{\"o}glichkeiten realisierbar sein sollte. Die gezeigten Arbeiten bauen auf Partikeln bestehend aus magnetischen Nanopartikeln eingebettet in eine Silica-Matrix als Tr{\"a}gerpartikel auf, welche im Rahmen der vorliegenden Arbeit weiterentwickelt wurden. Der Schwerpunkt lag dabei auf der Entwicklung eines Adsorbermaterials f{\"u}r Phosphat als Funktionalisierung f{\"u}r die magnetischen Tr{\"a}gerpartikel, welches f{\"u}r den Einsatz der Entfernung von Phosphat aus kommunalem Abwasser geeignet sein sollte, sowie dessen Einsatz im Labor- und Technikumsmaßstab. Besonderes Augenmerk lag auf der umfassenden Charakterisierung des entwickelten Matrerials sowie der Aufkl{\"a}rung des Wirkmechanismus bei der Phosphatadsorption. Ein weiterer Teil der Arbeit besch{\"a}ftigte sich mit der Steigerung der Magnetisierung des magnetischen Anteils der Partikel f{\"u}r eine verbesserte magnetische Abtrennung. Um die vielseitige Einsetzbarkeit der magnetischen Tr{\"a}gerpartikel zu demonstrieren, wurden abschließend weitere Funktionalisierungen f{\"u}r diese entwickelt und deren Anwendbarkeit grundlegend getestet. So wurde zum einen eine Modifizierung mit Komplexverbindungen und Metal-Organic Frameworks (MOF) realisiert mit dem m{\"o}glichen Einsatzgebiet der Wasserdetektion in organischen L{\"o}semitteln. Zum anderen wurde eine Beschichtung mit Kohlenstoff durchgef{\"u}hrt und die Entfernung von organischen Farbstoffmolek{\"u}len aus Wasser untersucht.},
  subject      = {Magnetisches Trennverfahren},
  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{Hofmann2022,
  author    = {Hofmann, Michael},
  title     = {Overcoming Obstacles in the Aqueous Processing of Nickel-rich Layered Oxide Cathode Materials},
  doi       = {10.25972/OPUS-27378},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-273787},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {The implementation of a water-based cathode manufacturing process is attractive, given the prospect of improved sustainability of future lithium-ion batteries. However, the sensitivity of many cathode materials to water poses a huge challenge. Within the scope of this work, a correlation between the water sensitivity of cathode materials from the class of layered oxides and their elemental composition was identified. In particular for the cathode material LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 (NCA), the processes taking place in aqueous medium were clarified in detail. Based on this knowledge, the surface of NCA particles could be specifically modified, which led to a reduced water sensitivity. As a result, the electrochemical performance of cells with water-based NCA cathodes was significantly improved and a remarkable long-term cycling performance was achieved. The present work contributes to a deeper understanding of the water sensitivity of cathode materials and at the same time presents a promising approach to overcome this obstacle. Consequently, this work advances the successful widespread realization of water-based cathode manufacturing.},
  subject      = {Elektrochemie},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Lotter2020,
  author    = {Lotter, Frank},
  title     = {Spurenelemente in Al-Cu(-Mg)-Legierungen - in-situ Untersuchungen zum Einfluss konservierter Leerstellen},
  doi       = {10.25972/OPUS-21391},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-213914},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2020},
  abstract  = {Aluminium-Kupfer-Legierungen des Typs 2xxx erhalten ihre Festigkeit w{\"a}hrend der Auslagerung an Raumtemperatur oder erh{\"o}hter Temperatur - auch Alterung genannt - durch die Bildung kupferhaltiger Ausscheidungen. Gr{\"o}ße, r{\"a}umliche Verteilung und Kristallstruktur dieser Ausscheidungen sind maßgeblich f{\"u}r die mechanischen Eigenschaften dieser Legierungen. Die Zugabe geringer Mengen (100 ppm) an Elementen wie In oder Sn kann das Ausscheidungsverhalten und damit auch die mechanischen Eigenschaften des Systems stark ver{\"a}ndern. Die vorliegende Arbeit besch{\"a}ftigt sich mit dem Einfluss dieser Spurenelemente auf die Ausscheidungsbildung in Al-Cu(-Mg)-Legierungen und der damit verbundenen Ver{\"a}nderung der Festigkeit. Hauptaugenmerk liegt dabei auf der in-situ Charakterisierung der vorherrschenden Ausscheidungen und deren Kinetik, welche durch die Interaktion der Spurenelemente mit den eingeschreckten Leerstellen signifikant beeinflusst wird. Ziel ist es, ein fundamentales Verst{\"a}ndnis der zugrundeliegenden Mechanismen zu erlangen. Durch den Einsatz vieler komplement{\"a}rer Methoden wie Dynamischer Differenzkalorimetrie (DSC), in-situ R{\"o}ntgenabsorptionsspektroskopie (XAFS) und in-situ R{\"o}ntgenkleinwinkelstreuung (SAXS) kann ein umfassendes Bild der vorherrschenden Prozesse gewonnen werden. Als unterst{\"u}tzende Messmethoden dienen Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und Positronenlebensdauerspektroskopie (PALS) bzw. Dopplerspektroskopie (DBS). Um die Eigenschaften der Spurenelemente in Bezug auf L{\"o}slichkeit und Wechselwirkung mit Leerstellen in der Aluminiummatrix zu charakterisieren, werden zun{\"a}chst bin{\"a}re Aluminium- Spurenelement-Legierungen untersucht. Die ausgew{\"a}hlten Elemente (Bi, In, Pb, Sb, Sn) weisen alle eine, nach ab-intio Rechnungen, hohe Bindungsenergie zu Leerstellen auf. Man stellt nur bei In und Sn eine signifikante Bindung zu Leerstellen fest, da aufgrund der geringen L{\"o}slichkeiten von Bi, Pb und Sb keine f{\"u}r den Nachweis ausreichende Anzahl an Leerstellen gebunden werden. Die gel{\"o}sten In- und Sn-Atome bilden mit den eingeschreckten Leerstellen sogenannte Komplexe, welche thermisch bis ca. 150 � C stabil sind. Die so konservierten Leerstellen k{\"o}nnen dann in einem komplexen Prozess durch Erw{\"a}rmen der Legierung freigesetzt werden und tragen dadurch zur Diffusion bei. Grunds{\"a}tzlich ist der Transport von Legierungsatomen in Aluminiumlegierungen weitestgehend durch die verf{\"u}gbaren thermischen sowie eingeschreckten Leerstellen gesteuert. Durch die Bindung der Leerstellen an die Spurenelementatome in den tern{\"a}ren Al-Cu-X-Legierungen stehen nur noch wenige Leerstellen f{\"u}r den Cu-Transport zur Verf{\"u}gung und man beobachtet eine Unterdr{\"u}ckung des Entmischungsprozesses bei Raumtemperatur. Lagert man die Legierungen bei erh{\"o}hter Temperatur (z.B. 150 � C) aus, werden Leerstellen aus den Spurenelement- Leerstellen-Komplexen freigesetzt, was zu einer Bildung der metastabilen q0-Phase bei deutlich erniedrigter Temperatur f{\"u}hrt. Die kleinen und homogen verteilten Ausscheidungen steigern die Festigkeit der Legierung deutlich. Durch die Zugabe von Mg zum Al-Cu-Legierungssystem beschleunigt und verst{\"a}rkt man die Entmischung der Legierungsatome bei Raumtemperatur. Ursache ist die rasche Bildung von thermisch stabilen Cu-Mg-Clustern, die f{\"u}r eine effektive Blockierung der Versetzungsbewegung im Kristallgitter - und damit f{\"u}r eine Erh{\"o}hung der Festigkeit - sorgen. Die Zugabe von In oder Sn zu einer Al-Cu-Mg-Legierung hat {\"u}berraschenderweise keinen Einfluss auf die Ausscheidungsbildung bei Raumtemperatur. Gr{\"u}nde hierf{\"u}r k{\"o}nnten zum einen in der durch Mg herabgesetzten L{\"o}slichkeit der In- bzw. Sn-Atome liegen. Zum anderen k{\"o}nnte die zahlreiche Bildung von Cu-Mg-Leerstellen-Komplexen in Konkurrenz zum Bindungseffekt der Spurenelementatome stehen. Auch bei erh{\"o}hter Temperatur l{\"a}sst sich kein nennenswerter Einfluss von In oder Sn, beispielsweise durch bevorzugte Bildung der h{\"a}rtenden S-Phase, beobachten.},
  subject      = {Aluminiumlegierung},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Schug2021,
  author    = {Schug, Benedikt},
  title     = {Untersuchungen zur Ursache und Beeinflussung des Kriechverhaltens von Gips},
  doi       = {10.25972/OPUS-24650},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-246503},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2021},
  abstract  = {In dieser Arbeit konnte ein weiterer und m{\"o}glicherweise entscheidender Schritt zur Aufkl{\"a}rung des Kriechmechanismus von Gips gemacht und darauf aufbauend Kriterien, Wege und Strategien aufgezeigt werden, um neue Antikriechmittelsubstanzen zu identifizieren oder vorhandene Kriechmittel gezielt zu verbessern. Die G{\"u}ltigkeit und Praxistauglichkeit der Kriterien wurde exemplarisch nachgewiesen. Die Basis der Untersuchungen wurde gelegt mit der Errichtung standardisierter Messaufbauten und Verfahren sowie Parameterauswahl f{\"u}r eine beschleunigte und reproduzierbare Darstellung des Kriechph{\"a}nomens, wobei zun{\"a}chst im Abgleich sichergestellt wurde, dass das beschleunigte Ph{\"a}nomen mit dem langsam {\"u}ber einen Zeitraum von Jahren erzeugten Ph{\"a}nomen deckungsgleich ist. Darauf aufbauend wurden innovative Untersuchungsmethoden entwickelt, um das Kriechverhalten zu charakterisieren und qualitativ sowie quantitativ zu analysieren. Hierzu wurde zun{\"a}chst ein Aufbau und eine Messroutine entwickelt und eingef{\"u}hrt, um morphologische Ver{\"a}nderungen w{\"a}hrend des Kriechvorgangs im Rasterelektronenmikroskop nachzuverfolgen. Im Weiteren wurden Versuchsaufbauten f{\"u}r statische 3-Punkt-Biegeversuche in verschiedenen L{\"o}sungen realisiert und diese ergebnisabh{\"a}ngig optimiert. Hierdurch konnte der Einfluss der L{\"o}slichkeit von Gips in den entsprechenden Medien auf das Kriechverhalten untersuchen werden. Mittels Laserscanning-Mikroskop wurden wiederum diese Ergebnisse untermauert. Als vorherrschender Kriechmechanismus von Gips wurde damit das Abgleiten einzelner Gipskristalle bedingt durch einen L{\"o}sungs-Abscheide-Mechanismus an Orten hoher mechanischer Belastung identifiziert und best{\"a}tigt.},
  subject      = {Rauchgasgips},
  language  = {de}
}