Frankfurt (Main), Univ., Diss., 2002.

Die Visualisierung und Quantifizierung von Flüssigwasseransammlungen in Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen konnte mittels Neutronenradiographie erreicht werden. Dank dieser neuartigen diagnostischen Methode konnte erstmals die Flüssigwasseransammlung in den porösen Gasdiffusionsschichten direkt nachgewiesen und quantifiziert werden. Die Kombination von Neutronenradiographie mit ortsaufgelösten Stromdichtemessungen bzw. lokaler Impedanzspektroskopie erlaubte die Korrelation des inhomogenen Flüssigwasseranfalls mit dem lokalen elektrochemischen Leistungsverhalten. Systematische Untersuchungen an Polymerelektrolyt- und Direkt-Methanol-Brennstoffzellen verdeutlichen sowohl den Einfluss von Betriebsbedingungen als auch die Auswirkung von Materialeigenschaften auf die Ausbildung zweiphasiger Strömungen.

Chemnitz, Techn. Univ., Masterarb., 2008.

The object of this thesis is a graphic based interface to endoreversible thermodynamics. It is meant to enable the user to visually create endoreversible systems and add the properties of the system by choosing features from a list and in form of equations. Then an equation system is built and the power output and efficiency of the endoreversible system is calculated and plotted. To illustrate the functions of the interface, some examples of heat and chemical engines are discussed.

Die Visualisierung und Quantifizierung von Flüssigwasseransammlungen in Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen konnte mittels Neutronenradiographie erreicht werden. Dank dieser neuartigen diagnostischen Methode konnte erstmals die Flüssigwasseransammlung in den porösen Gasdiffusionsschichten direkt nachgewiesen und quantifiziert werden. Die Kombination von Neutronenradiographie mit ortsaufgelösten Stromdichtemessungen bzw. lokaler Impedanzspektroskopie erlaubte die Korrelation des inhomogenen Flüssigwasseranfalls mit dem lokalen elektrochemischen Leistungsverhalten. Systematische Untersuchungen an Polymerelektrolyt- und Direkt-Methanol-Brennstoffzellen verdeutlichen sowohl den Einfluss von Betriebsbedingungen als auch die Auswirkung von Materialeigenschaften auf die Ausbildung zweiphasiger Strömungen.

Highly active and durable oxygen reduction catalysts are needed to reduce the costs and enhance the service life of polymer electrolyte fuel cells (PEFCs). This can be accomplished by alloying Pt with a transition metal (e.g. Ni) and by eliminating the corrodible, carbon based catalyst support - however, materials combining both approaches have seldom been implemented in PEFC cathodes. In this work, an unsupported Pt-Ni alloy nanochain ensemble (aerogel) demonstrates high current PEFC performance commensurate with that of a carbon supported benchmark (Pt/C) following optimization of the aerogel\'s catalyst layer (CL) structure. The latter is accomplished using a soluble filler to shift the CL\'s pore size distribution towards larger pores which improves reactant and product transport. Chiefly, the optimized PEFC aerogel cathodes display ≈ 2.5-fold larger surface-specific ORR activity than Pt/C and maintain 90% of the initial activity after an accelerated stress test (vs. 40% for Pt/C).

The object of this thesis is a graphic based interface to endoreversible thermodynamics. It is meant to enable the user to visually create endoreversible systems and add the properties of the system by choosing features from a list and in form of equations. Then an equation system is built and the power output and efficiency of the endoreversible system is calculated and plotted. To illustrate the functions of the interface, some examples of heat and chemical engines are discussed.

Die jüngst beobachteten Hochwasserereignisse zogen eine Überarbeitung der hydrologischen Daten zahlreicher Talsperren nach sich. Im Ergebnis wiesen viele der Anlagen nicht die erforderliche Hochwassersicherheit auf. Aus diesem Grund ist auch für die in Sachsen gelegene Talsperre Lehnmühle eine Ertüchtigung der Hochwasserentlastungsanlage geplant. Die Vorzugsvariante zur Wiederherstellung der Überflutungssicherheit sieht die Absenkung der Wehrkrone einzelner Überlauffelder vor. Die damit verbundene Leistungssteigerung erfordert eine Überprüfung der Abflussverhältnisse im nachgeschalteten Tosbecken. Im Rahmen der Arbeit werden die Strömungsverhältnisse im bestehenden Tosbecken mit Hilfe dreidimensionaler numerischer Modellierungen abgebildet. Mit dem Ziel einer verbesserten Energieumwandlung wird darüber hinaus die Wirksamkeit von Prallblöcken untersucht und bewertet.:1 Einleitung 2 Grundlagen der numerischen Strömungsberechnung 2.1 Numerische Modellierung im Vergleich 2.1.1 Prinzip der numerischen Strömungsberechnung 2.1.2 Exkurs: Physikalische Modellierung 2.1.3 Vor- und Nachteile der numerischen und physikalischen Modellierung 2.2 Vollständige Navier-Stokes-Gleichungen 2.3 Berechnungsmethoden 2.4 Turbulenzmodellierung 2.4.1 k-ε-Modell 2.4.2 k-ω-Modell 2.4.3 SST-Modell 2.5 Diskretisierung 2.5.1 Definieren der Geometrie 2.5.2 Berechnungsnetze 2.5.2.1 Strukturierte Netze 2.5.2.2 Unstrukturierte Netze 2.5.2.3 Hybride Netze 2.5.3 Räumliche Diskretisierung 2.5.4 Zeitliche Diskretisierung 2.5.5 Anfangs- und Randbedingungen 2.6 Wichtige Eigenschaften numerischer Berechnungsverfahren 3 Hochwasserentlastungsanlagen 3.1 Funktion 3.2 Begrifflichkeiten und Regelwerke 3.3 Aufbau 3.3.1 Einlaufbauwerk 3.3.2 Transportbauwerk 3.3.3 Energieumwandlungsanlagen 3.3.3.1 Der Prozess der Energieumwandlung 3.3.3.2 Konstruktionsmöglichkeiten 3.4 Hydraulische Bemessung 3.4.1 Hochwasserbemessungsfälle 3.4.2 Bemessungsabflüsse und Überschreitungswahrscheinlichkeiten 3.4.3 Freibordbemessung 4 Methodik 4.1Die Talsperre Lehnmühle 4.2Hydrologie 4.3Untersuchungsumfang 4.4Erstellung der numerischen Modelle 4.4.1Geometrie 4.4.1.1Wehrüberfall 4.4.1.2Tosbecken 4.4.1.3Tosbeckeneinbauten 4.4.2Numerische Modelle 4.4.2.1Modell des Wehrüberfalls 4.4.2.2Modell des Tosbeckens 4.4.3Berechnungsnetze 4.4.4Modellkonfiguration 5Ergebnisse der numerischen Berechnungen 5.1Numerik versus Physik 5.2Überfallmodellierungen 5.2.1Sensitivitätsuntersuchungen 5.2.2Ermittlung der Eingangsbedingungen für die Tosbeckenmodellierung 5.3Szenario 1 - Modellierung des bestehenden Tosbeckens 5.3.1Ergebnisse 5.3.2Sensitivitätsuntersuchungen 5.3.2.1Plausibilisierung der Randbedingung für die überströmte Tosbeckenwand 5.3.2.2Einfluss der Turbulenzmodellierung 5.3.2.3Einfluss der Rauigkeit 5.4Tosbeckenoptimierung 5.4.1Grundlegende Aussagen 5.4.2Wasserspiegellagen 5.4.3Fließgeschwindigkeiten 5.4.4Abfluss über die Tosbeckenwand 5.4.5Schubspannungen / Recent flood events called for a revision of hydrological data for numerous dams. As a result, many constructions have been found to not possess necessary flood safety. On this account, the flood spillway of the Saxon Lehnmühle dam is designated to be upgraded. In order to ensure an overflow-proof construction, the favored solution is to lower the crest of several weir fields. The resulting increased performance requires a revision of the runoff characteristics in the stilling basin. Firstly, this thesis shows the flow conditions of the existing stilling basin, using 3D numerical modeling. Secondly, with the goal of enhanced energy dissipation the effectiveness of baffle blocks will be examined and evaluated.:1 Einleitung 2 Grundlagen der numerischen Strömungsberechnung 2.1 Numerische Modellierung im Vergleich 2.1.1 Prinzip der numerischen Strömungsberechnung 2.1.2 Exkurs: Physikalische Modellierung 2.1.3 Vor- und Nachteile der numerischen und physikalischen Modellierung 2.2 Vollständige Navier-Stokes-Gleichungen 2.3 Berechnungsmethoden 2.4 Turbulenzmodellierung 2.4.1 k-ε-Modell 2.4.2 k-ω-Modell 2.4.3 SST-Modell 2.5 Diskretisierung 2.5.1 Definieren der Geometrie 2.5.2 Berechnungsnetze 2.5.2.1 Strukturierte Netze 2.5.2.2 Unstrukturierte Netze 2.5.2.3 Hybride Netze 2.5.3 Räumliche Diskretisierung 2.5.4 Zeitliche Diskretisierung 2.5.5 Anfangs- und Randbedingungen 2.6 Wichtige Eigenschaften numerischer Berechnungsverfahren 3 Hochwasserentlastungsanlagen 3.1 Funktion 3.2 Begrifflichkeiten und Regelwerke 3.3 Aufbau 3.3.1 Einlaufbauwerk 3.3.2 Transportbauwerk 3.3.3 Energieumwandlungsanlagen 3.3.3.1 Der Prozess der Energieumwandlung 3.3.3.2 Konstruktionsmöglichkeiten 3.4 Hydraulische Bemessung 3.4.1 Hochwasserbemessungsfälle 3.4.2 Bemessungsabflüsse und Überschreitungswahrscheinlichkeiten 3.4.3 Freibordbemessung 4 Methodik 4.1Die Talsperre Lehnmühle 4.2Hydrologie 4.3Untersuchungsumfang 4.4Erstellung der numerischen Modelle 4.4.1Geometrie 4.4.1.1Wehrüberfall 4.4.1.2Tosbecken 4.4.1.3Tosbeckeneinbauten 4.4.2Numerische Modelle 4.4.2.1Modell des Wehrüberfalls 4.4.2.2Modell des Tosbeckens 4.4.3Berechnungsnetze 4.4.4Modellkonfiguration 5Ergebnisse der numerischen Berechnungen 5.1Numerik versus Physik 5.2Überfallmodellierungen 5.2.1Sensitivitätsuntersuchungen 5.2.2Ermittlung der Eingangsbedingungen für die Tosbeckenmodellierung 5.3Szenario 1 - Modellierung des bestehenden Tosbeckens 5.3.1Ergebnisse 5.3.2Sensitivitätsuntersuchungen 5.3.2.1Plausibilisierung der Randbedingung für die überströmte Tosbeckenwand 5.3.2.2Einfluss der Turbulenzmodellierung 5.3.2.3Einfluss der Rauigkeit 5.4Tosbeckenoptimierung 5.4.1Grundlegende Aussagen 5.4.2Wasserspiegellagen 5.4.3Fließgeschwindigkeiten 5.4.4Abfluss über die Tosbeckenwand 5.4.5Schubspannungen

We present a novel top-electrode spray-coating process for the solution-based deposition of silver nanowires (AgNWs) onto vacuum-processed small molecule organic electronic solar cells. The process is compatible with organic light emitting diodes (OLEDs) and organic light emitting thin film transistors (OLETs) as well. By modifying commonly synthesized AgNWs with a perfluorinated methacrylate, we are able to disperse these wires in a highly fluorinated solvent. This solvent does not dissolve most organic materials, enabling a top spray-coating process for sensitive small molecule and polymer-based devices. The optimized preparation of the novel AgNW dispersion and spray-coating at only 30 °C leads to high performance electrodes directly after the deposition, exhibiting a sheet resistance of 10.0 Ω □−1 at 87.4% transparency (80.0% with substrate). By spraying our novel AgNW dispersion in air onto the vacuum-processed organic p-i-n type solar cells, we obtain working solar cells with a power conversion efficiency (PCE) of 1.23%, compared to the air exposed reference devices employing thermally evaporated thin metal layers as the top-electrode.

Two-dimensional (2D) membranes are emerging candidates for osmotic energy conversion. However, the trade-off between ion selectivity and conductivity remains the key bottleneck. Here we demonstrate a fully crystalline imine-based 2D polymer (2DPI) membrane capable of combining excellent ionic conductivity and high selectivity for osmotic energy conversion. The 2DPI can preferentially transport cations with Na+ selectivity coefficient of 0.98 (Na+/Cl− selectivity ratio ~84) and K+ selectivity coefficient of 0.93 (K+/Cl− ratio ~29). Moreover, the nanometer-scale thickness (~70 nm) generates a substantially high ionic flux, contributing to a record power density of up to ~53 W m−2, which is superior to most of nanoporous 2D membranes (0.8~35 W m−2). Density functional theory unveils that the oxygen and imine nitrogen can both function as the active sites depending on the ionization state of hydroxyl groups, and the enhanced interaction of Na+ versus K+ with 2DPI plays a significant role in directing the ion selectivity.