AI Summary & Key Takeaways
AI InsightHigh agreement was found between the prediction accuracy of the hybrid model (R² = 0.94) and experimental results.
📌 3 Key Takeaways
Abstract
In this study, a hybrid decision support system combining Fuzzy AHP, Type-2 Fuzzy TOPSIS, and XGBoost+SHAP methods has been developed for performance optimization of smart textile-based flexible supercapacitor electrodes. Experimental data were collected under over 250 different synthesis conditions to investigate the effects of synthesis parameters; surface area, pore size, conductivity, film thickness, synthesis temperature, flexibility on performance outputs; specific capacitance, energy density, cyclic stability. The highest value for specific capacitance (912 F/g) was obtained at surface area 2450 m²/g, pore size 22 nm, conductivity 8500 S/cm and synthesis temperature 1050°C. According to Fuzzy AHP, the weight of surface area was 0.68, while XGBoost+SHAP showed that this parameter provides an average positive contribution of +47 F/g. The maximum energy density (72.4 Wh/kg) was measured at synthesis temperature 1200°C, conductivity 9800 S/cm, surface area 2300 m²/g. In Type-2 TOPSIS, this point was classified as "excellent" (closeness coefficient 0.94). The highest cyclic stability (92.3%) was observed at pore size 35 nm, film thickness 125 µm, synthesis temperature 700°C. SHAP analysis showed that stability decreases by 12% when pore size falls below 25 nm. High agreement was found between the prediction accuracy of the hybrid model (R² = 0.94) and experimental results.
Özet
Bu çalışmada, akıllı tekstil tabanlı esnek süperkapasitör elektrotlarının performans optimizasyonu için Hibrit Bulanık AHP, Tip-2 Bulanık TOPSIS ve XGBoost+SHAP yöntemlerini birleştiren hibrit bir karar destek sistemi geliştirilmiştir. Deneysel veriler, 6 farklı sentez parametresi olan; yüzey alanı, gözenek boyutu, iletkenlik, film kalınlığı, sentez sıcaklığı, esneklik ile 3 farklı performans çıktısı olan özgül kapasitans, enerji yoğunluğu, döngüsel kararlılık üzerindeki etkilerini incelemek üzere 250’den fazla farklı sentez koşulunda toplanmıştır. Özgül kapasitans için en yüksek değer (912 F/g), yüzey alanı 2450 m²/g, gözenek boyutu 22 nm, iletkenlik 8500 S/cm ve sentez sıcaklığı 1050°C’de elde edilmiştir. Hibrit Fuzzy AHP’ye göre yüzey alanı ağırlığı 0.68 iken, XGBoost+SHAP bu parametrenin ortalama +47 F/g pozitif katkı sağladığını göstermiştir. Enerji yoğunluğu maksimumu (72.4 Wh/kg), sentez sıcaklığı 1200°C, iletkenlik 9800 S/cm, yüzey alanı 2300 m²/g’de ölçülmüştür. Tip-2 TOPSIS’te bu nokta “mükemmel” (yakınlık katsayısı 0.94) olarak sınıflandırılmıştır. Döngüsel kararlılık en yüksek (%92.3), gözenek boyutu 35 nm, film kalınlığı 125 µm, sentez sıcaklığı 700°C’de gözlenmiştir. SHAP analizi, gözenek boyutunun 25 nm altına düşmesi durumunda kararlılığın %12 oranında azaldığını göstermiştir. Hibrit modelin tahmin doğruluğu (R² = 0.94) ile deneysel sonuçlar arasında yüksek uyum bulunmuştur.