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Elliptic-Parabolic Systems with Applications to Lithium-Ion Battery Models

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Elliptisch-Parabolische Systeme mit Anwendungen auf Lithium-Ionen-Batteriemodelle
Publikationstyp
Dissertation
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Zusammenfassung

The aim this thesis is to develop several useful tools for the treatment of elliptic and parabolic partial differential equations which arise in the context of certain lithium-ion battery models, for instance. We focus on the setting of one parabolic and two elliptic equations in a bounded domain which are coupled by a nonlinearity on the right-hand side. This nonlinear function is assumed to possess a monotonicity property and may show exponential growth as well as singular behavior with respect to the unknown functions.



In order to make fixed point theorems of Schauder type applicable to the linearized equations, results from the Lp-theory of parameter-elliptic systems are generalized to function spaces of higher regularity, yielding the compactness of the corresponding solution operator. Using reflection techniques, our results are transferred to the case of a rectangular geometry of the domain for a certain class of parameter-elliptic boundary value problems.



Furthermore, discontinuities of the coefficients in the equations across internal interfaces are treated by the consideration of transmission problems. In particular, we prove the property of maximal regularity for the realization of general parabolic transmission problems.


Our main result states the local in time existence of a strong solution to an elliptic-parabolic system of the indicated structure.

Zusammenfassung in einer weiteren Sprache

Ziel der vorliegenden Dissertation ist die Bereitstellung vielseitig einsetzbarer Resultate zur Behandlung elliptisch-parabolischer Systeme, wie sie beispielsweise in Lithium-Ionen-Batteriemodellen auftreten. Im Mittelpunkt der Arbeit steht ein System aus einer parabolischen und zwei elliptischen Gleichungen in einem beschränkten Gebiet, welche durch eine nichtlineare Funktion auf der rechten Seite der Gleichungen miteinander gekoppelt sind. Dabei wird angenommen, dass diese Nichtlinearität monoton ist; ferner kann sie sowohl exponentielles als auch singuläres Verhalten bezüglich der gesuchten Funktionen aufweisen.



Um die Kompaktheit des Lösungsoperators zu den linearisierten Gleichungen zu beweisen und somit Fixpunktsätze vom Schauder-Typ zugänglich zu machen, werden Resultate aus der Lp-Theorie parameterelliptischer Systeme auf die Situation verallgemeinert, dass der Grundraum ein Besovraum mit höherer Regularität ist. Für eine spezielle Klasse parameterelliptischer Randwertprobleme lassen sich diese Ergebnisse mittels Spiegelungstechniken ferner auf den Fall einer rechteckigen Geometrie des Gebiets übertragen.



Ferner wird die Behandlung von Unstetigkeiten der Koeffizienten über innere Grenzflächen durch die Betrachtung von Transmissionsproblemen ermöglicht. Insbesondere wird die maximale Regularität der Realisierung allgemeiner parabolischer Transmissionsprobleme bewiesen.



Das Hauptresultat bezüglich elliptisch-parabolischer Systeme der oben genannten Struktur ist die zeitlich lokale Existenz einer starken Lösung.

Fachgebiet (DDC)
510 Mathematik

Schlagwörter

Nonlinear elliptic-parabolic system, parameter-elliptic systems, parabolic transmission problems

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ISO 690SEGER, Tim, 2013. Elliptic-Parabolic Systems with Applications to Lithium-Ion Battery Models [Dissertation]. Konstanz: University of Konstanz
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July 3, 2013
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