Machine Learning‐Guided Prediction of Desalination Capacity and Rate of Porous Carbons for Capacitive Deionization

电容去离子 海水淡化 材料科学 工艺工程 多孔性 电极 电解质 海水淡化 计算机科学 化学工程 机器学习 复合材料 工程类 化学 生物化学 物理化学
作者
Hao Wang,Mingxi Jiang,Guangsheng Xu,Chenglong Wang,Xingtao Xu,Yong Liu,Yuquan Li,Ting Lu,Guang Yang,Likun Pan
出处
期刊:Small [Wiley]
被引量:34
标识
DOI:10.1002/smll.202401214
摘要

Abstract Nowadays, capacitive deionization (CDI) has emerged as a prominent technology in the desalination field, typically utilizing porous carbons as electrodes. However, the precise significance of electrode properties and operational conditions in shaping desalination performance remains blurry, necessitating numerous time‐consuming and resource‐intensive CDI experiments. Machine learning (ML) presents an emerging solution, offering the prospect of predicting CDI performance with minimal investment in electrode material synthesis and testing. Herein, four ML models are used for predicting the CDI performance of porous carbons. Among them, the gradient boosting model delivers the best performance on test set with low root mean square error values of 2.13 mg g −1 and 0.073 mg g −1 min −1 for predicting desalination capacity and rate, respectively. Furthermore, SHapley Additive exPlanations is introduced to analyze the significance of electrode properties and operational conditions. It highlights that electrolyte concentration and specific surface area exert a substantially more influential role in determining desalination performance compared to other features. Ultimately, experimental validation employing metal–organic frameworks‐derived porous carbons and biomass‐derived porous carbons as CDI electrodes is conducted to affirm the prediction accuracy of ML models. This study pioneers ML techniques for predicting CDI performance, offering a compelling strategy for advancing CDI technology.
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