Data-Driven Predictive Electrochemical Behavior of Lignin-Based SupercapacitorsviaMachine Learning

电容 超级电容器 人工神经网络 支持向量机 木质素 稳健性(进化) 生物系统 材料科学 计算机科学 机器学习 人工智能 化学 电极 有机化学 物理化学 生物化学 生物 基因
作者
Swarn Jha,Sourav Bandyopadhyay,Siddhi Mehta,Matthew Yen,Tariq Chagouri,Evan M. Palmer,Hong Liang
出处
期刊:Energy & Fuels [American Chemical Society]
卷期号:36 (2): 1052-1062 被引量:27
标识
DOI:10.1021/acs.energyfuels.1c03270
摘要

Plant-derived lignin-based supercapacitors have shown strong potential as light and flexible electronic devices. To design a safe, reliable, and efficient supercapacitor, it is important to predict its electrochemical performance. To date, there is no reliable theoretical model to serve the purpose. In this work, four machine learning algorithms are developed and compared to predict the specific capacitance variation for lignin supercapacitors. Specifically, linear regression (LR), support vector machine (SVM), decision tree (DT), and artificial neural network (ANN) models are analyzed. Specific capacitance variation obtained by cyclic charge–discharge tests is modeled as a function of weight percentages of material constituents (lignin, nickel tungstate nanoparticles, and polyvinylidene fluoride) and the cycle number. The accuracy of the models is ranked as LR < SVM < DT < ANN and validated further using the F-test. The superior model fit of ANN shows the highest accuracy and applicability with excellent robustness. ANN can generalize the learned specific capacitance variation to material ratios excluded in the training set. This work provides an understanding of different machine learning techniques for predicting the specific capacitance variation and retention of lignin-based supercapacitors, demonstrating the strong potential of ANN to be used as a predictive tool to aid in supercapacitor optimization.
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