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Feasibility of In-Ear Single-Channel ExG for Wearable Sleep Monitoring in Real-World Settings
No full textAutomatic sleep staging typically relies on gold-standard EEG se-
tups, which are accurate but obtrusive and impractical for everyday
use outside sleep laboratories. This limits applicability in real-world
settings, such as home environments, where continuous, long-term
monitoring is needed. Detecting sleep onset is particularly rele-
vant, enabling consumer applications (e.g. automatically pausing
media playback when the user falls asleep). Recent research has
shown correlations between in-ear EEG and full-scalp EEG for var-
ious phenomena, suggesting wearable, in-ear devices could allow
unobtrusive sleep monitoring. We investigated the feasibility of
using single-channel in-ear electrophysiological (ExG) signals for
automatic sleep staging in a wearable device by conducting a sleep
study with 11 participants (mean age: 24), using a custom earpiece
with a dry eartip electrode (Dätwyler SoftPulse) as a measurement
electrode in one ear and a reference in the other. Ground truth
sleep stages were obtained from an Apple Watch Ultra, validated
for sleep staging. Our system achieved 90.5% accuracy for binary
sleep detection (Awake vs. Asleep) and 65.1% accuracy for four-
class staging (Awake, REM, Core, Deep) using leave-one-subject-out
validation. These findings demonstrate the potential of in-ear elec-
trodes as a low-effort, comfortable approach to sleep monitoring,
with applications such as stopping podcasts when users fall asleep
Synthese und Charakterisierung ortho-kondensierter Azapolycyclen
No full textHelicene sind axial-chirale ortho-anellierte polycyclische aromatische Verbindungen. Diese schraubenförmigen Verbindungen haben nicht nur eine faszinierende Struktur, sondern werden aufgrund ihrer besonderen chemischen, opto- und elektrophysikalischen Eigenschaften z. B. als Katalysatoren in der asymmetrischen Synthese, molekulare Sensoren und Schalter oder als neue Materialien für organische Leuchtdioden untersucht.
In der vorliegenden Arbeit wurden basierend auf der Methode der ortho-Cyclisierung generalisierte Synthesestrategien zur Darstellung von Azahelicenen mit elektronenreichen pyrrol- und elektronendefizienten pyridin- oder pyridazinhaltigen Teilstrukturen erarbeitet. Mehrere Arten von Aza[5]helicenen, Aza[7]helicenen, Helicen Konjugaten und von nichthelikalen Azapolycylcen wurden erfolgreich hergestellt und im Hinblick auf mögliche Anwendungen umfassend derivatisiert und charakterisiert. Die Verbindungen zeigen Acidochromie, Fluoreszenzen bis in den orangen sichtbaren Bereich und mitunter ein ausgeprägtes aggregationsverstärktes Fluoreszenzverhalten sowie eine Rotverschiebung der Emission durch Aggregation in wässrigen Lösungen
Sparse view reconstruction and morphological characterization of falling particles through radiance field and visual hull
No full textPassivity-Based Stabilisation and Coordination in Networked Multi-Energy Systems
No full textThis work proposes nonlinear controllers for achieving decentralised stabilisation and distributed coordination in networked multi-energy systems comprising gas and power networks. Asymptotic stability is ensured in each case using equilibrium-independent passivity theory. This approach yields nonlinear system stability results that depend only on the properties of the components, while being topology independent and allowing arbitrary network sizes and combinations
Quantifying the Near-Future Wind Energy Production over the North Sea Using a Novel Statistical–Dynamical Approach to GCM Downscaling
No full textHybrid Polymer Electrolytes for Li-Metal Batteries
No full textHybride Elektrolyte haben sich als vielversprechende Lösung erwiesen, um die Einschränkungen rein anorganischer und polymerbasierter Elektrolyte in Festkörperbatterien zu überwinden. Anorganische Elektrolyte bieten zwar eine hohe Ionenleitfähigkeit, leiden aber unter ihrer geringen mechanischen Flexibilität und Grenzflächenkompatibilität. Umgekehrt bieten Polymerelektrolyte Flexibilität und einfache Verarbeitung, weisen aber im Allgemeinen eine geringere Ionenleitfähigkeit auf. Durch Hybridisierung wird versucht, die Vorteile beider Klassen zu kombinieren, indem der Grenzflächenwiderstand verringert, die mechanische Stabilität verbessert und die elektrochemischen Eigenschaften gesteigert werden. Aufgrund der komplexen Wechselwirkungen zwischen dem Polymer und den anorganischen Partikeln ist es jedoch nach wie vor schwierig, ein optimales Gleichgewicht zwischen diesen Eigenschaften herzustellen. In der vorliegenden Arbeit werden mehrere Strategien zur Optimierung von polymeren Hybridelektrolyten untersucht, wobei der Schwerpunkt auf hydriertem Nitrilbutadienkautschuk (HNBR) basierenden Kompositpolymerelektrolyten (CPEs) und schwefelhaltigen Polymeren für CPEs auf Argyroditbasis liegt. Darüber hinaus werden die Beschichtung von Lithium-Aluminium-Titan-Phosphat (LATP) und Lithium-Lanthan-Zirkonium-Oxid (LLZO) für Poly(vinylidenfluorid-co-hexafluoropropylen) (PVDF-HFP) CPEs und selbstvernetzende Oxid-basierte CPEs untersucht.
Im ersten Projekt wird die Verwendung von HNBR als Polymermatrix für CPEs untersucht, wobei LATP und Li6PS5Cl zugesetzt werden, um die schlechte Ionenleitfähigkeit von HNBR zu verbessern. Messungen der Ionenleitfähigkeit zeigten, dass die Zugabe von unbehandeltem LATP die Leitfähigkeit bei erhöhten Temperaturen leicht verbesserte, während mit Polyacrylnitril (PAN) beschichtetes LATP eine geringere Ionenleitfähigkeit aufwies. Die Beschichtung von LATP mit PAN wurde anhand eines Modellsystems mit SiO2-Nanopartikeln systematisch optimiert. Zusätzlich wurden ein gemischtes und ein geschichtetes HNBR-Li6PS5Cl-System untersucht. Während das geschichtete System eine Verbesserung der Ionenleitfähigkeit um den Faktor 5.8 erzielte, blieb die Gesamtleistung aufgrund der schlechten Reproduzierbarkeit und der geringen Leitfähigkeit bei Umgebungstemperaturen für praktische Anwendungen unzureichend.
In einem zweiten Projekt werden schwefelhaltige Polymere als Alternative zu sauerstoffbasierten Polymermatrizen für CPEs auf Argyroditenbasis erforscht. Die hohe Oxophilie der Thiophosphate in Argyroditen führt zu Nebenreaktionen in Gegenwart von sauerstoffreichen Polymeren, was die Langzeitstabilität von hybridisierten Systeme einschränkt. Als Alternative werden Polymere auf Schwefelbasis wie Polytrithiocarbonate und Polythioether synthetisiert und charakterisiert. Diese Polymere zeigen eine verbesserte chemische Kompatibilität mit Argyroditen bei gleichzeitiger Beibehaltung der mechanischen Flexibilität, was einen höheren Polymeranteil in CPEs ohne Leistungseinbußen ermöglichen könnte. Es wurde festgestellt, dass die Nukleophilie der Argyrodit-Oberfläche in der Lage ist, Polytrithiocarbonate anzugreifen, was zur Depolymerisation führt. Polythioether hingegen sind im Kontakt mit Argyroditen stabil, verringern jedoch die Ionenleitfähigkeit. Die thermogravimetrische Analyse (TGA) und die Differential-Scanning-Kalorimetrie (DSC) werden eingesetzt, um die thermischen Eigenschaften und die Stabilität der synthetisierten Polymere zu bewerten. Die elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) zeigt, dass diese Polymere auf Schwefelbasis eine verbesserte chemische Kompatibilität mit Argyroditen aufweisen und gleichzeitig ihre mechanische Flexibilität beibehalten.
Das dritte Projekt befasst sich mit der Optimierung von Oberflächenbeschichtungen von LATP- und LLZO-Partikeln, um deren Dispersion und Stabilität in Polymermatrizen zu verbessern. Es wurde ein Pfropfverfahren mit Alkoxysilan-modifizierten Poly(ethylenglykol)methylethern (mPEG) unterschiedlicher Kettenlänge angewandt, was zu einer verbesserten Partikelverteilung führte. Bei LLZO verhindert die mPEG-Silan-Beschichtungen (Mn = 1,000 g mol-1) erfolgreich die Agglomeration und den Abbau von Poly(vinylidenfluorid-co-hexafluorpropylen) (PVDF-HFP), was zum Einsatz in CPEs mit deutlich verbesserter Zyklenstabilität führt. Elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) und Ratenfähigkeitstests bestätigen einen geringeren Grenzflächenwiderstand und eine verlängerte Zyklenlebensdauer in Lithium-Eisenphosphat-Zellen (Li||LFP).
Das vierte und letzte Projekt baut auf den mit Alkoxysilan modifizierten Polymeren auf und setzt die gewonnen Erkenntnisse anderweitig in selbstvernetzende Oxid-CPEs als lösungsmittelfreie Alternative zu herkömmlichen Hybridelektrolyten um. Systematisch werden die Eigenschaften der Oxidpartikeln, Polymeren und Verarbeitung optimiert, was zu einem neuartigen und einfachen System für dünne Hochleistungs-CPEs führt. Dieser Ansatz reduziert nicht nur die Komplexität der Herstellung, sondern verbessert auch die mechanische Stabilität und den Ionentransport, indem er die Sedimentation der Partikel verhindert. Die resultierenden CPEs werden hinsichtlich ihrer mechanischen, thermischen und elektrochemischen Eigenschaften charakterisiert. Durch den Einsatz von Rolle-zu-Rolle-Pressen werden dünne Poly(ethylenoxid) (PEO)-LLZO-CPEs von 30 µm hergestellt, die in Li||LFP-Zellen im Vergleich zu ähnlichen Systemen eine überlegene Leistung zeigen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Ergebnisse dieser Arbeit mehrere Strategien zur Optimierung von Hybridelektrolyten aufzeigen. Die Verwendung von schwefelbasierten Polymeren für Argyrodit-CPEs zeigt eine hervorragende chemische Kompatibilität, während die Oberflächenmodifikation von Oxidpartikeln die Grenzflächenstabilität und die Leistung in Batteriezellen deutlich verbessert. Selbstvernetzende Oxid-CPEs bieten einen innovativen Ansatz für die lösungsmittelfreie Herstellung, der die Verarbeitung vereinfacht und gleichzeitig eine hohe Ionenleitfähigkeit gewährleistet. Insgesamt tragen diese Fortschritte zur Entwicklung kommerziell nutzbarer hybrider Festkörperelektrolyte bei, die die Kluft zwischen Grundlagenforschung und praktischer Anwendung in Lithium-Metall-Batterien der nächsten Generation überbrücken
Vom Rohstoff zur fossilfreien Mobilität: Europas Potenzial für einen erneuerbaren Kraftstoffmarkt
No full textDie Transformation des gesamten Verkehrssektors hin zu erdölfreien Energieträgern stellt eine Herausforderung dar, die nicht allein durch die Elektrifizierung von Antrieben bewältigt werden kann. Daher ist es unabdingbar die CO-Einsparungspotenziale aller Energieträger zu heben. Der Fokus liegt hierbei - neben z.B. Wasserstoff - vor allem auf flüssigen Kraftstoffen, die ohne technische Anpassungen in die Versorgungsinfrastruktur integriert werden können. Bei erneuerbaren Kraftstoffen - sogenannten Carbon Neutral Fuels, kurz CNF - handelt es sich um einen Sammelbegriff, der alle Kraftstoffe einschließt, die gegenüber fossilem Kraftstoff einen geringeren CO-Wert aufweisen. In dieser Studie wird das Substitutionspotenzial von fortschrittlichen, erneuerbaren Kraftstoffen aus biologischen Feedstocks gegenüber fossilen Energieträgern in allen Sektoren der EU beleuchtet.
Diese Studie analysiert dabei auf Basis aktueller wissenschaftlicher Literatur und verschiedener Szenarien die Verfügbarkeit fortschrittlicher Rohstoffe, die Umwandlung zu erneuerbaren Kraftstoffen sowie die Entwicklung des Kraftstoffbedarfs im Straßenverkehr der Europäischen Union für die Zieljahre 2030, 2035 und 2040. Es wird hierbei ein marktwirtschaftlicher Ansatz gewählt. Die Sektoren Schifffahrt, Flugverkehr und andere schwer zu elektrifizierende Fahrzeuge und Maschinen stellen hierbei eine langfristige Nachfrage nach CNF sicher. Die Einführung einer neuen Fahrzeugklasse vCNF (Carbon Neutral Fuels Vehicle) ist jedoch entscheidend für den Markthochlauf und die langfristige Verfügbarkeit dieser Kraftstoffe.
Ziel ist es perspektivisch durch CNF eine Mobilität ohne die Emission von fossilem CO2 als komplementären Pfad zur Elektrifizierung im Straßenverkehr zu etablieren und deren Realisierbarkeit quantitativ und qualitativ zu bewerten. Und dies nicht nur, um den Bedarf einer vCNF-Flotte zu bedienen, sondern die Chance zu bewerten den gesamten Kraftstoffmarkt, einschließlich der Volumina für die Bestandsflotte, mit erneuerbaren Kraftstoffen abzulösen.
Zentrale Ergebnisse zur Rohstoffverfügbarkeit
Die Auswertung mehrerer Studien zeigt, dass selbst unter Ausschluss jeglicher Importe in der EU ausreichend fortschrittliche Rohstoffe zur Verfügung stehen, um CNF in relevanten Mengen herzustellen. Bedarfe anderer Sektoren wie Industrie, Energie, Luft- und Schifffahrt wurden dabei bereits berücksichtigt. In dieser Studie werden primär fortschrittliche Rohstoffe herangezogen, die im Anhang IX A und B der aktuellen Renewable Energy Directive (RED) zu finden sind und bezüglich der Potenzialhebung ein Mid- und High-Szenario betrachtet, die sich in der Mobilisierungsrate der Feedstocks unterscheiden. Um das Potenzial fortschrittlicher Biokraftstoffe umfänglich bewerten zu können, werden weitere Feedstocks, wie Agroforst, Zwischen- und Deckfrüchte sowie NawaRo (Nachwachsende Rohstoffe, Non-Food Crops) von marginalen Flächen ergänzt. Hierbei werden die Beschränkungen im Annex IX B teilweise aufgehoben und zusätzliche potenzielle Feedstocks berücksichtigt.
Dabei ist die Vielfalt wesentlich größer als es weitläufig in der öffentlichen Diskussion dargestellt wird, wo teilweise ein singulärer Fokus auf HVO und die dafür verfügbaren Rohstoffe wie z.B. Alt- und Speisefette/-öle (UCO - Used Cooking Oil) gelegt wird, welche hier nur 1% des verfügbaren Rohstoffportfolios ausmachen. Abbildung 1 zeigt diese Aufschlüsselung nach unterschiedlichen fortschrittlichen Rohstoffen für das Jahr 2030 im Mid-Szenario für das Bioenergiepotenzial, also das Potenzial, welches bereits ausschließlich die energetisch verwertbaren Mengen betrachtet, von denen die stoffliche Nutzung, wie z.B. Stallnutzung von Stroh, abgezogen wurden. Aus diesen Mengen werden in der vorliegenden Studie sowohl erneuerbare Diesel- als auch Ottokraftstoffe rechnerisch hergestellt.
In den Jahren 2030 und 2035 ist die Rohstoffbasis in der EU bereits ausreichend, um nach Abzug der Bedarfe der zuvor genannten Sektoren sowie den Bedarfen der stofflichen Nutzung über 50% des gesamten Bedarfes an Kraftstoff für den Straßenverkehr mit erneuerbaren Alternativen abzudecken. So können im Jahr 2030 38 - 55% und im Jahr 2035 44 - 67% des gesamten EU-Kraftstoffbedarfs des Straßenverkehrs gedeckt werden, wie Tabelle 1 und Abbildung 2 zeigen. Sollte eine hundertprozentige Substituierung des gesamten Marktes inkl. Schiff- und Flugverkehr politisch angestrebt sein, könnten die fehlenden Bedarfe für die Jahre 2030 - 2035 ohne Weiteres durch Rohstoffimporte ergänzt werden, um die Markthochlaufphase von CNF und damit die Transformation zu erdölfreien Energieträgern auch über ein Maß der Absicherung hinaus voranzutreiben. Das globale Rohstoffpotenzial ist bis zu Faktor 43 größer als der maximale Importbedarf der EU, sodass aus der Perspektive globaler Potenziale eine Versorgung der EU gewährleistet ist.
Ab 2040 kann im High-Szenario mit 107% sogar mehr als der gesamte, prognostizierte Kraftstoffbedarf des EU-Straßenverkehrs durch CNF aus europäisch verfügbaren Rohstoffen gedeckt werden
From Startup Support to System Transformation: Intermediaries in Circular Entrepreneurial Ecosystems
No full textDiese Dissertation untersucht, wie Intermediäre zirkuläre Startups innerhalb von Entrepreneurial Ecosystems (EEs) unterstützen und wie ihre Aktivitäten zur Transformation hin zu einer Circular Economy (CE) auf Ökosystem- und institutioneller Ebene beitragen. Obwohl das Interesse an zirkulärem Unternehmertum und EEs wächst, fehlt bislang ein integriertes Verständnis darüber, wie Intermediäre die Struktur von Ökosystemen, deren relationale Dynamiken sowie institutionelle Logiken prägen und dadurch die Entwicklung zirkulärer Startups beeinflussen.
Zur Schließung dieser Forschungslücke verfolgt die Arbeit ein multimethodisches Forschungsdesign. Eine systematische Literaturrecherche (SLR) konzeptualisiert Circular Entrepreneurial Ecosystems (CEEs), indem sie aufzeigt, wie etablierte Ökosystemelemente qualitativ neu ausgerichtet werden müssen, um den Bedürfnissen zirkulärer Startups gerecht zu werden. Empirische Analysen auf der Grundlage von einer Sozialen Netzwerkanalyse und Experteninterviews erweitern diese Konzeptualisierung, indem sie die strukturelle Entstehung von CEEs untersuchen und intermediärzentrierte, wenig verdich-tete und vertrauensbasierte Subökosysteme identifizieren. Da beide Studien die zentrale Bedeutung von Intermediären für die Gestaltung von CEEs hervorheben, untersucht die dritte Studie ihre Funktionen systematisch. Eine zweite SLR entwickelt hierfür ein Mehrebenenframework intermediärer Einflussmechanismen, das Konfigurationen, Wirkungsmechanismen und Ergebnisse auf der Mikro-, Meso- und Makroebene abbildet. Die vierte Studie analysiert, wie sich diese Funktionen in institutionellen Logiken manifestieren. Die Studie zeigt, dass Intermediäre die Community und Entrepreneurial-Market Logik weitergeben und eine bisher nicht erkannte transversale zirkuläre Logik kultivieren. Diese Logik fungiert als zusätzliche Ebene und definiert unternehmerische Zielsetzung, Legitimität und Wertschöpfung neu. Da die vorangegangenen Studien belegen, dass Intermediäre das strukturelle und institutionelle Rückgrat von CEEs bilden, muss zur Stärkung der Kreislaufwirtschaft auf diesen bestehenden Mechanismen aufgebaut werden. Vor diesem Hintergrund entwickelt und validiert ein Design-Science-Research-Ansatz ein Circular Support Aligment Artefakt, das Intermediären ermöglicht CE in ihre Unterstützungsstrukturen zu integrieren und die systemische Ausrichtung innerhalb von CEEs zu verbessern.
Diese Dissertation leistet mehrere Beiträge. Konzeptionell führt sie CEEs als analytisches Rahmenwerk zur Untersuchung zirkulären Unternehmertums ein. Theoretisch identifiziert sie Zirkularität als transversale institutionelle Logik und positioniert Intermediäre als institutionelle Unternehmer, die zu einer Transformation hin zu einer CE beitragen. Empirisch liefert sie Evidenz für die Herausbildung von CEEs sowie für intermediärgetriebene relationale Dynamiken. Methodisch und praktisch stellt sie validiertes Designwissen bereit, das Intermediäre dabei unterstützt, ihre Aktivitäten an Zirkularität auszurichten und ihre systemische Rolle innerhalb von CEEs zu stärken
Effect of the Generation of Bouguer Anomalies on the Geoid Determination: A Case Study in a High-Mountainous Area
No full textDifferent types of gravity anomalies are engaged in geophysical and geodetic tasks. Whether they are used for regional or global applications, they require efficient calculations. All variants are based on the so-called free-air gravity anomalies. Mean free-air gravity anomalies on an equidistant grid are needed for gravity field modeling. Three possible ways of compiling mean free-air gravity anomalies are discussed in detail. One method is via simple Bouguer gravity anomalies, the second, more time-consuming method is via complete Bouguer gravity anomalies, and the third method is via topographic-isostatic reductions, which is a tedious task. In flat areas, the differences between using any of the three methods should not be significant. However, in mountainous regions, each dependency can negatively affect the interpolation process of gravity anomalies. The reduced gravity anomalies should be as smooth as possible in order to minimize the interpolation error which is inherent in the interpolation of the information in the arbitrarily distributed gravity observation points to obtain block average signals. This study investigates the effects of Bouguer and topographic-isostatic reductions on the accuracy of the mean gravity anomalies and the resulting gravimetric geoid model. The numerical results indicate that complete Bouguer approximations improve the accuracy of the geoid model by a few millimeters. Therefore, this method should be used to predict mean gravity anomalies, especially in mountainous regions, in few of the 1 cm geoid determination
