The implementation of energy storage systems in the current electrical grid will increase the grid's reliability and e ciency. Room temperature sodium batteries are seen as potential technology, especially to assist renewable energy generation sources. Currently, suggested negative electrode materials, however, are still not satisfactory for practical use in terms of fabrication costs, gravimetric /volumetric energy densities, cyclability, and irreversible capacity losses occur at the rst cycle. The literature describes various strategies that enhance the specific capacity and/or the cyclability of negative electrode materials but all involve increasing the fabrication costs due to the chosen synthesis or the complexity of the electrode's design. Furthermore, strategies, that reduce the irreversible capacity loss at first cycle, are not discussed. In this present experimental research work, presodiating bulk metallic negative electrode materials prior to cycling, prepared via a simple, cheap and easy-to-scaleup synthesis route, is introduced as a new strategy to improve the cyclability and to effectively reduce the first cycle irreversible capacity loss. Electrochemical and structural experiments were carried out to investigate sodiumtin-antimony powders. Presodiating mechanically bulk Sn-Sb negative electrode materials e ectively reduces the irreversible capacity loss at first cycle and enhances the specific capacity when compared to the non-presodiated powder, while the proper choice of electrode composite and electrolyte formulation improves the cycle life of the electrodes. The enhancement of the electrochemical properties of the presodiated NaSnSb powder, composed of the ternary phase Na5Sb3Sn and an unknown ternary phase crystallising in a hexagonal setting P6, is associated with the stabilisation of the SnSb as desodiation product. Presodiating bulk SnSb negative electrode material is a viable strategy to reduce the first cycle irreversible capacity loss, alleviating the volume changes. With an optimised system, this approach may be extended to other negative electrode materials, reducing the fabrication costs of high capacity negative electrode materials for room temperature sodium batteries. Presodiated NaSnSb negative electrode material may be combined with non-sodiated positive electrode material, such as sulphur to develop competitive room temperature sodium-sulphur batteries. / Die Implementierung von Energiespeichersystemen im bereits bestehenden Stromnetz ist eine der Lösungen, um die Zuverlässigkeit und die Effizienz des Netzes zu nutzen. Raumtemperatur Natrium-Batterien gelten als erfolgsversprechende Technologie insbesondere zur Unterstützung erneuerbarer Energieerzeugungsquellen. Jedoch sind die naheliegenden negativen Elektrodenmaterialien für eine praktische Anwendung hinsichtlich Herstellungskosten, gravimetrischer oder volumetrischer Energiedichte, Zyklenfestigkeit und irreversiblen Kapazitätsverlusten im ersten Zyklus noch nicht zufriedenstellend. Die Literatur beschreibt verschiedene Strategien, die die spezifische Kapazität und / oder die Zyklenfestigkeit von negativen Elektrodenmaterialien verbessern. Diese führen jedoch alle zu einer Erhöhung der Herstellungskosten aufgrund der gewählten Synthese oder des Designs der komplexierten Elektrode. Darüber hinaus werden Strategien zur Reduzierung des irreversiblen Kapazitätsverlusts im ersten Zyklus nicht erörtert. Diese experimentelle Forschungsarbeit präsentiert mit Natrium angereicherte metallische negative Elektrodenmaterialien vor der Wechselbeanspruchung/dem periodischen Durchlaufen, die durch einen schlichten, billigen und einfach zu skalierenden Syntheseweg hergestellt wurden, als eine neue Strategie zur Verbesserung der Zyklenfestigkeit und zur wirksamen Verringerung des irreversiblen Kapazitätsverlusts im ersten Zyklus. Elektrochemische und strukturelle Experimente wurden durchgeführt, um mit Natrium angereichertes Zinn-Antimon-Pulver zu untersuchen. Die mechanischen mit Natrium angereichertes Sn-Sb-negativen Elektrodenmaterialien verringert effektiv den irreversiblen Kapazitätsverlust im ersten Zyklus und erhöht die spezische Kapazität im Vergleich zu dem ohne Natrium angereicherte Pulver, während die richtige Wahl der Elektrodenzusammensetzung und der Elektrolytformulierung die Lebenszyklus der Elektroden verbessert. Die Verbesserung der elektrochemischen Eigenschaften des mit Natrium angereicherten NaSnSb-Pulvers, bestehend aus der ternären Phase Na5Sb3Sn und einer unbekannten ternären Phase, die in einer hexagonalen Aufbau P6 kristallisiert, ist mit der Stabilisierung des Enddesodiationsproduktes beim periodischen Zyklus verbunden, wobei das intermetallische SnSb nach Rekristallisation vorliegt. Mit Natrium angereicherte SnSb negativen Elektrodenmaterialien sind eine tragfähige Strategie zur Verringerung des irreversiblen Kapazitätsverlustes im ersten Zyklus, die Volumenänderungen abschwächen. Mit einem optimierten System kann dieser Ansatz auf andere negative Elektrodenmaterialien erweitert werden um die Herstellungskosten von negativen Elektrodenmaterialien mit hoher Kapazität für Raumtemperatur-Natrium-Batterien zu verringern. Mit Natrium angereichertes NaSnSb-negatives Elektrodenmaterial kann mit nicht mit Natrium versetztem positivem Elektrodenmaterial wie Schwefel kombiniert werden, um realisierbare Raumtemperatur Natrium-Schwefel-Batterien zu entwickeln.

In der Umwelt vorkommende Radionuklide wurden als Tracer für Migrationsverhalten verwendet. Low-level-γ-Spektrometrie und zusätzliche Plutoniumanalysen ermöglichten den Nachweis sehr geringer Konzentrationen radioaktiver Nuklide. Der atmosphärische Eintrag wurde über Regenwasser- und Staubfilterproben gemessen. Untersuchungen an Filterstäuben ermöglichten eine nachträgliche Charakterisierung der Eintragssituation vor und nach dem Tschernobyl-Unfall im Freiberger Raum. Die Radionuklidtiefenverteilungen in Fichtenwald- und Hochmoorböden und deren weiterführende Analyse erlaubten Aussagen zum Stofftransport und zu bodenbildenden Prozessen. Die Migrationsdynamik in weitgehend ungestörten Hochmooren unterscheidet sich von der anthropogen überprägter Moore. Die Eignung verschiedener Radionuklide zur Datierung bzw. zeitlichen Markierung von Moorbodenschichten und damit zur Verwendung in der Moorstratigraphie wurde geprüft. Eine gute Übereinstimmung der Ergebnisse verschiedener Datierungs- und Markierungsmethoden zeigte sich v. a. für die Profile der ungestörten, rezent wachsenden ombrogenen Hochmoore.

Increasing interest in an effciency enhancement of existing energy sources led to an extended research in the field of thermoelectrics. Especially skutterudites with their high power factor (electric conductivity times Seebeck coefficient squared) are suitable thermoelectric materials. However, a further improvement of their thermoelectric properties is necessary. The relatively high thermal conductivity can be decreased by introducing loosely bound guest ions, whereas atom substitution or nanostructuring (as thin films) could yield an increased power factor. The present work proves the feasibility to deposit single phase skutterudite thin films by MBE technique. In this regard CoSby and FeSby film series were deposited with three different methods: i) codeposition at elevated temperatures, ii) codeposition at room temperature followed by post-annealing, and iii) modulated elemental reactant method. The structural and thermoelectric properties of these films were investigated by taking the thermal stability of the film and the substrate properties into account. Compared to the stoichiometric Sb content of skutterudites of 75 at.%, a small excess of Sb is necessary for achieving single phase skutterudite films. It was found, that the deposited single phase CoSb3 films reveal bipolar conduction (and therefore a low Seebeck coefficient), whereas FeSb3 films show p-type conduction and very promising power factors at room temperature. The need of substrates with a low thermal conductivity and a suitable thermal expansion coefficient is also demonstrated. A high thermal conductivity influences the measurements of the Seebeck coefficient and the obtained values will be underestimated by thermal shortening of the film by the substrate. If the thermal expansion coefficient of film and substrate differ strongly from each other, crack formation at the film surface was observed. Furthermore, the realization of controlled doping by substitution as well as the incorporation of guest ions was successfully shown. Hence, this work is a good starting point for designing skutterudite based thin film structures. Two successful examples for such structures are given: i) a thickness series, where a strong decrease of the resistivity was observed for films with a thickness lower than 10nm, and ii) a FexCo1-xSb3 gradient film, for which the gradient was maintained even at an annealing temperature of 400°C.:Contents 1 Introduction 2 Nanostructured thermoelectric materials 2.1 Thermoelectric materials and ZT 2.2 Recent developments in improving ZT in thin films 3 Thermoelectric transport theory 3.1 Electronic transport coefficients 3.2 Lattice thermal conductivity 4 Skutterudites as promising thermoelectric material 4.1 CoSb3 4.1.1 Structural properties of skutterudites 4.1.2 Band structure of CoSb3 and density of states 4.1.3 Thermoelectric properties of CoSb3 4.1.4 Synthesis of CoSb3 thin films 4.2 FeSb3 4.2.1 Structural and thermoelectric properties of FeSb3 thin films 4.2.2 Synthesis of FeSb3 thin films 5 Experimental methods 5.1 Basic methods for structural characterization 5.2 Electric characterization: Resistivity and Hall measurements using van der Pauw geometry 5.3 Thermoelectric characterization (Seebeck coefficient) 5.4 Thermal characterization methods 6 Deposition of skutterudite thin films 6.1 Deposition chamber and deposition parameters 6.2 Deposition methods 6.3 Composition control of skutterudite films 7 Control of structural properties by the used deposition method 7.1 Structural properties of CoSb3 thin films 7.1.1 Crystallization characteristics of CoSb3 films 7.1.2 Comparison of films deposited with different deposition methods 7.1.3 Influence of different deposition parameters on the film properties 7.2 Structural properties of FeSb3 thin films 7.2.1 Crystallization behaviour 7.2.2 Structural properties of post-annealed Fe-Sb films prepared by codeposition 7.2.3 Influence of the heating rate on the film properties 8 CoSb3 and FeSb3 composition series 8.1 CoSby composition series 8.1.1 Films deposited at elevated temperatures 8.1.2 Annealed films 8.2 FeSby composition series 9 Influence of various substrates on the film properties 9.1 Substrate influence on the film morphology 9.2 Substrate influence on thermoelectric properties and measurements 10 FexCo1-xSb3 - controlled doping by substitution of Co with Fe 10.1 Properties of codeposited FexCo1-xSb3 films 10.2 Properties of FexCo1-xSb3 films deposited via MERM 11 Filled CoSb3 thin films 12 Examples for nanostructured thin film approaches 12.1 CoSb3 thickness series 12.2 FexCo1-xSb3 gradient films 13 Summary and Outlook