Energy Technology 2026
Carbon Dioxide Management and Other Technologies
- 2026
- Buch
- Herausgegeben von
- Onuralp Yücel
- Wenwen Song
- Eric Detsi
- Shafiq Alam
- Fiseha Tesfaye
- Hong Peng
- Chukwunwike Iloeje
- Donna Post Guillen
- Surojit Gupta
- Jung Pyung Choi
- Buchreihe
- The Minerals, Metals & Materials Series
- Verlag
- Springer Nature Switzerland
Über dieses Buch
Diese Sammlung konzentriert sich auf industrielle Nachhaltigkeit und CO2-Management, einschließlich Verfahren, die die Energieeffizienz verbessern und industrielle Treibhausgasemissionen verringern oder beseitigen. Themen sind Technologiebereiche wie saubere Energietechnologien, innovative Aufbereitung, Schmelztechnologien, Prozessintensivierung sowie CO2-Abscheidung und -Umwandlung für industrielle Anwendungen. Zu den Interessensbereichen gehören, aber nicht nur:
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Energie- und materialeffiziente Gewinnung und Verarbeitung von Mineralien, einschließlich Abwärme-Rückgewinnung, Materialrecycling und anderer Methoden zur kostengünstigen Energiegewinnung
Fortschritte bei der Konzeption und Optimierung erneuerbarer und kohlenstoffarmer Energiegewinnungstechnologien und Energieträger, einschließlich Theorie, neuer Technologiekonzepte, Simulationen und Demonstrationen, die für die Dekarbonisierung von Materialgewinnung und -verarbeitung relevant sind
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Fortschrittliche Materialien für Energieumwand
Mit KI übersetzt
Über dieses Buch
This collection is focused on industrial energy sustainability and CO2 management, including processes that improve energy efficiency and reduce or eliminate industrial GHG emissions. Topics address technology areas such as clean energy technologies, innovative beneficiation, smelting technologies, process intensification, as well as CO2 capture and conversion for industrial applications. Areas of interest include but are not limited to:
· Energy and materials-efficient minerals extraction and processing, including waste heat recovery, materials recycling, and other methodologies for low-cost energy materials production
· Advances in design and optimization of renewable and low-carbon energy harvesting technologies and energy carriers, including theory, new technology concepts, simulations and demonstrations relevant to decarbonizing materials extraction and processing
· Advanced materials for energy conversion and storage systems including batteries, solid oxide fuel cells, PEM and AEM fuel cells, water electrolyzers, and thermoelectric devices
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Inhaltsverzeichnis
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Frontmatter
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Advanced Materials for Energy Conversion and Storage 2026
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Frontmatter
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Conversion of Methane to Hydrogen and Carbon Materials in Molten Catalyst Systems: Case Study on CaCl2–NiCl2 Molten Salt
Xu Zhang, Mohan Zhao, Xiaofei GuanDieses Kapitel befasst sich mit der Umwandlung von Methan in Wasserstoff und Kohlenstoffmaterialien mittels geschmolzener Katalysatorsysteme, wobei ein besonderer Schwerpunkt auf dem geschmolzenen CaCl2-NiCl2-Salz liegt. Die Studie untersucht die beteiligten Reaktionsmechanismen und hebt das einzigartige Verhalten von NiCl2 in diesem System hervor. Im Gegensatz zu anderen Salzschmelzen zeigt das CaCl2-NiCl2-System zunächst eine Zunahme gefolgt von einer Abnahme der Methanumwandlung, die auf die Bildung und anschließende Deaktivierung von Ni-Metall zurückzuführen ist. Das Kapitel vergleicht auch die Leistung verschiedener Salzschmelzsysteme und fester Katalysatoren und gibt Einblicke in die Stabilität und Aktivität von NiCl2. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass NiCl2 mit Methan reagiert, um Ni-Metall und HCl-Gas zu produzieren, wobei das Ni-Metall als Katalysator für die Methanpyrolyse dient. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass weitere Forschungen erforderlich sind, um die genaue Wirkung des geschmolzenen Salzlösungsmittels auf die Stabilität von NiCl2 in Gegenwart von Methan zu verstehen. Darüber hinaus werden in diesem Kapitel die thermodynamischen Berechnungen diskutiert, die die Stabilität von Übergangsmetallchloriden in Gegenwart von Methan vorhersagen und wertvolle Daten für zukünftige Forschungen auf diesem Gebiet liefern.KI-Generiert
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AbstractMethane pyrolysis is a promising technology for producing valuable hydrogen and carbon without CO2 emission. Conventional solid metal catalysts are easily deactivated due to the coking and sintering. To circumvent these issues, molten salts are emerging as promising catalysts for methane pyrolysis due to various potential advantages. However, understanding of the molten-salt-mediated processes is still limited. This study investigates the methane conversion in the CaCl2–NiCl2 system, which shows a distinct behavior from the MgCl2–NiCl2, NaCl–KCl–NiCl2, and LiCl–NiCl2 systems. Our findings reveal that, instead of serving as a stable catalyst, the NiCl2 dissolved in CaCl2 was easily reduced to metallic Ni, which subsequently served as the catalyst for CH4 pyrolysis into carbon and H2. The NiCl2 dissolved in MgCl2, NaCl–KCl, or LiCl was also reduced by methane based on the presence of HCl in the exit gas, yet the methane conversion measured in those systems was much lower and more stable. Overall, the results presented in this study help clarify the reaction pathways and mechanisms of methane conversion in NiCl2-containing molten salts. Additionally, the thermodynamic calculations show the high stability of MnCl2, FeCl2, and CoCl2 in the presence of methane, making them worthy of further in-depth research as whole or as dopant species in molten salt systems for CH4 pyrolysis. -
Stabilizing Lithium Metal Anodes Via 3D Skeleton Modification and Protective Coating Layer
Shangyang Feng, Qiongqiong Wang, Li Xiang, Zhengxin Li, Hongxu LiDieses Kapitel geht den kritischen Herausforderungen nach, vor denen Lithium-Metall-Anoden (LMA) in Batterien mit hoher Energiedichte stehen, wobei der Schwerpunkt auf Themen wie Dendritenwachstum, Volumenexpansion und Elektrolytreaktionen liegt. Es untersucht den Einsatz von 3D-porösen Materialien wie Kupferschaum und -gewebe, um volumetrischen Veränderungen Rechnung zu tragen und die Rissbildung zu verringern. Der Text hebt erfolgreiche Implementierungen hervor, wie die Cu-Ag-Li-Verbundanode und die volumenneutrale Lithium-Metall-Verbundanode, die signifikante Verbesserungen der elektrochemischen Leistung und Stabilität aufweisen. Darüber hinaus wird in diesem Kapitel die Rolle der Lithiophilie bei der Förderung einer gleichmäßigen Lithiumabscheidung und die Wirksamkeit von Schutzbeschichtungen wie PVDF-HFP bei der Stabilisierung der Festelektrolytinterphase (SEI) und der Unterdrückung der Dendritenbildung diskutiert. Die Forschung präsentiert ein neuartiges Design, das ein lithiophil legiertes modifiziertes 3D-Skelett mit einer schützenden Beschichtungsschicht integriert, das ein verbessertes Lithium-Beschichtungs- / Stripping-Verhalten und eine überlegene elektrochemische Leistung sowohl in symmetrischen als auch in vollständigen Zellen aufweist. Die Ergebnisse unterstreichen das Potenzial dieses synergistischen Ansatzes für die großmaßstäbliche Herstellung von Hochleistungs-Lithium-Metall-Anoden und bieten eine vielversprechende Lösung für die nächste Generation von Batterietechnologien.KI-Generiert
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AbstractLithium metal anodes offer the highest theoretical capacity (3860 mAh g−1) for next-generation batteries but suffer from dendrite growth, volume fluctuations, voids, and dead Li formation during cycling, causing poor cycling capacity retention, low rate capability, and safety concerns. Herein, a synergistic anode architecture integrating a lithiophilic modified 3D skeleton with a protective coating layer is prepared via roll-pressing/coating. This process enables scalable fabrication of ultrathin (≤50 μm) lithium metal composites with ≥ 80 × 80 mm2 dimensions. The lithiophilic 3D framework guides uniform Li+ flux and mitigates volume expansion, while the coating suppresses dendrites and stabilizes interfaces. As a result, P-LiAgSn@Cu|P-LiAgSn@Cu symmetrical cells achieve a long lifespan over 600 h cycling at 1 mA cm−2 and 1 mAh cm−2. The performance of full cell against high nickel content NCM cathode (Ni92) achieves a capacity of 178 mAh g−1 at 1 C discharge with over 90% capacity retention after 100 cycles. This strategy demonstrates high-performance lithium metal batteries with scalable manufacturability. -
Thermal Decomposition of NMC Black Mass: Pyrolysis-Driven Pretreatment for Lithium-Ion Battery Recycling
Mohammad Ibrahim, Lauriane N. A. Peyriller, Ragnhild E. AuneDieses Kapitel befasst sich mit der thermischen Zersetzung von NMC-Rußmasse, einem entscheidenden Schritt beim Recycling von Lithium-Ionen-Batterien. Die Studie konzentriert sich auf die Auswirkungen der inerten Pyrolyse bei unterschiedlichen Temperaturen und Dauer und untersucht, wie diese Bedingungen die Entfernung organischer Bestandteile, die Umwandlung von Kathodenmaterialien und die Bildung sekundärer Phasen beeinflussen. Wichtige Ergebnisse sind die vollständige Zersetzung von PVDF-Bindemitteln und die Zersetzung der NMC-Struktur in einfache Oxide bei 600 ° C, während höhere Temperaturen von 700 ° C zur Bildung von LiAlO ₂ führen, was die Lithiumgewinnung behindern kann. Das Kapitel untersucht auch die Auswirkungen der Pyrolyse auf die Oberfläche und die Morphologie der schwarzen Masse und bietet Einblicke in die Optimierung des Recyclingprozesses. Darüber hinaus werden in der Studie die Auswirkungen dieser Erkenntnisse auf industrielle Anwendungen diskutiert und die Notwendigkeit maßgeschneiderter thermischer Behandlungen betont, um Effizienz und Umweltaspekte in Einklang zu bringen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Pyrolyse bei 600 ° C für bis zu 2 Stunden ein effektives Gleichgewicht zwischen organischer Entfernung und Lithium-Retention bietet, was sie zu einer vielversprechenden Vorbehandlungsmethode zur Verbesserung des Recyclings von Lithium-Ionen-Batterien macht.KI-Generiert
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AbstractThe growing demand for lithium-ion batteries (LIBs) highlights the urgent need for efficient and sustainable recycling solutions, with thermal pretreatment serving as a key enabler for improved metal recovery. The present study investigates the pyrolysis behavior of industrial NMC-type black mass treated at 600 °C and 700 °C for 1 and 2 h under an inert atmosphere. Structural and compositional transformations were monitored using XRD, SEM–EDS, MP-AES, TGA-DTA, and FTIR. At 600 °C, layered NMC phases collapsed within 1 h, yielding Li₂CO₃, NiO, CoO, Mn₃O₄, and traces of nickel/cobalt metals, while the PVDF binder and electrolyte residues were largely removed. At 700 °C, enhanced metal oxide crystallinity was observed alongside LiAlO₂ formation via reactions between lithium carbonate and residual aluminum foil. Sintering and surface area loss became pronounced at prolonged exposure. These results highlight that well-controlled pyrolysis can simplify black mass composition, concentrate valuable metals, and remove organics, while excessive thermal conditions may lead to undesirable secondary phases, stressing the need for process optimisation in LIB recycling strategies. -
Magnesium-Air Battery for Maritime Energy Storage
Peter Poulos, Mahya Shahabi, Dante Gile, Seth McGowan, Matthew Murdock, Zachary Sullivan, Adam PowellDieses Kapitel untersucht das vielversprechende Potenzial von Magnesium-Luft-Batterien (Mg-Luft) für die maritime Energiespeicherung und geht auf den dringenden Bedarf an Lösungen mit hoher Energiedichte und geringen Emissionen in der Schifffahrt ein. Die Studie stellt eine umfassende experimentelle Kampagne vor, die Elektrolytoptimierung, Elektrodenmaterialauswahl und Zelldesign umfasst, um die Leistungsfähigkeit von geschmolzenen Mg-Luft-Batterien zu validieren. Zu den wichtigsten Ergebnissen zählen Leerlaufspannungen bis zu 1,94 V und Stromdichten von 2,9 A / cm ², was die hohe Leistung des Systems demonstriert. Die Einführung eines kalten Zeigefingers für das Oxidmanagement erwies sich als transformativ und ermöglichte eine kontinuierliche 30-stündige Entladung mit einem Wirkungsgrad von ca. 66%. Die Studie untersucht auch die Wiederaufladbarkeit, wobei eine Magnesiumrückgewinnung beobachtet wird, obwohl Nebenwirkungen mit Elektrodenmaterialien derzeit die Effizienz beschränken. Das Kapitel kommt zu dem Schluss, dass geschmolzene Mg-Luft-Batterien ein praktischer Kandidat für langfristige Energiespeicherung sind und das Potenzial haben, die emissionsfreie transozeanische Schifffahrt zu revolutionieren, wenn Herausforderungen wie die Kathodenoptimierung und das kontinuierliche Oxidmanagement in Angriff genommen werden.KI-Generiert
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AbstractThis project presents a high-temperature magnesium-air battery designed for zero-emission maritime energy storage. The system operates at 420–620 °C using a NaCl-KCl-MgCl2 eutectic electrolyte, with magnesium metal as the anode fuel and ambient air as the oxidant. A containerized design includes ceramic insulation, angled electrodes for gas management, and pathways for MgO removal. Experimental results demonstrate open-circuit voltages of up to 1.9 V. Thermodynamic and system-level modeling estimate a fixed hardware cost of $5–10/kWh, with further reductions anticipated through reuse and scaling. Key material challenges include salt purity, crystallization behavior, and electrode stability under thermal and reactive conditions. The integration of electrochemical performance, material chemistry, and scalable engineering supports the feasibility of magnesium-air batteries for long-duration stationery and transport-scale energy applications. Ongoing research focuses on improving rechargeability, understanding oxide growth, and optimizing system lifetime to advance this technology toward commercialization. -
Experimental Study on the Effect of Strontium Carbonate on the Properties of Sodium Acetate Trihydrate-Sodium Metasilicate Pentahydrate Phase Change Materials
Ang Li, Xiaoping Liang, Bingxin Wang, Yu WangDieses Kapitel untersucht die Auswirkungen der Zugabe von Strontiumcarbonat zu einem Verbundphasenwechselmaterial aus Natriumacetattrihydrat und Natriummetasilikatpentahydrat. Die Studie konzentriert sich auf die Verringerung des Unterkühlgrades und die Verbesserung der Gesamtleistung des Materials. Wichtige Themen sind die Aufbereitung des Verbundwerkstoffs, der Versuchsaufbau zum Heizen und Kühlen sowie die Analyse der thermischen Eigenschaften. Die Ergebnisse zeigen, dass die Zugabe von 2% Strontiumcarbonat die Unterkühlung signifikant reduziert und die Phasenwechseltemperatur und Enthalpie erhöht. Das Kapitel schließt mit Empfehlungen für optimale Verhältnisse der Komponenten, um die beste Leistung in Energiespeicheranwendungen zu erreichen. Die Leser erhalten Einblicke in die angewandten experimentellen Methoden und die praktischen Auswirkungen der Ergebnisse auf die Verbesserung von Phasenwechselmaterialien.KI-Generiert
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AbstractInorganic hydrated salt phase change materials hold broad application prospects in practical production and daily life due to their outstanding thermal storage performance and low cost. This study focuses on the CH₃COONa·3H₂O-Na₂SiO₃·5H₂O inorganic hydrated salt composite phase change material, utilizing SrCO3 as a nucleating agent to prepare a novel composite phase change material. The effect of SrCO3 addition on the thermal properties of the CH₃COONa·3H₂O-Na₂SiO₃·5H₂O inorganic hydrated salt composite PCM was investigated. Experimental measurements of supercooling degree, phase transition temperature, and phase transition enthalpy were conducted. Results indicate that adding SrCO3 consistently reduces the supercooling degree of the composite PCM. Among the tested systems, the optimal performance was achieved when 2% SrCO3 was added to a 6:4 mass ratio mixture of CH₃COONa·3H₂O and Na2SiO3·5H₂O: the material exhibited a supercooling degree of 4.9 °C, a phase transition temperature of 53.1 °C, and a latent heat of fusion of 208.69 J/g. This study provides technical support for preparing inorganic hydrated salt composite phase change materials with lower supercooling and superior comprehensive performance. -
Organic Acid-Doped Polyaniline/Reduced Graphene Oxide Nanocomposite for Electrochemical Energy Storage Electrode Application
Okechukwu Benjamin Okafor, Abimbola Patricia Idowu Popoola, Olawale Muhamed PopoolaDieses Kapitel befasst sich mit der Synthese und Charakterisierung von Polyanilin / reduziertem Graphenoxid (PANI / rGO) Nanokompositen, die mit verschiedenen organischen Säuren dotiert sind, insbesondere p-Toluolsulfonsäure (Ptsa) und Dodecylbenzosulfonsäure (Dbsa). Die Studie konzentriert sich auf die morphologischen, elektrochemischen und thermischen Eigenschaften dieser Nanokomposite und hebt die signifikanten Verbesserungen der Leitfähigkeit, der Zyklusstabilität und der spezifischen Kapazität hervor, die durch Dotierung erreicht werden. Die Forschung setzt verschiedene analytische Techniken ein, darunter Rasterelektronenmikroskopie (REM), Röntgenbeugung (XRD) und Fourier-Transformation-Infrarot-Spektroskopie (FTIR), um die strukturellen und chemischen Veränderungen zu untersuchen, die durch die Dotierungsmittel hervorgerufen werden. Die Ergebnisse zeigen, dass das Ptsa-dotierte Nanocomposite eine hochgradig texturierte Oberfläche mit verbessertem Polymer-Graphen-Kontakt aufweist, während das Dbsa-dotierte Composite ein poröses Netzwerk bildet, das die Ionendiffusion und Stabilität unterstützt. Die Studie zeigt auch, dass der Ptsa-dotierte Verbund eine höhere Oberfläche und ein höheres Porenvolumen aufweist, was zu seiner überlegenen elektrochemischen Leistung beiträgt. Insgesamt liefern die Ergebnisse wertvolle Einblicke in die Optimierung von PANI / rGO-Nanocomposites für Energiespeicheranwendungen und unterstreichen die entscheidende Rolle organischer Säuredotierung bei der Verbesserung ihrer Eigenschaften.KI-Generiert
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AbstractPolyaniline, amongst many conducting polymers, has shown great promise as an energy storage material due to low cost, ease of synthesis, light weight, and electronic conductivity. However, in supercapacitor applications, PANI-based electrodes suffer structural deterioration and volumetric instability during repeated charging and discharging processes. In this study, we investigated the influence of organic dopants (p-Toluenesulfonic acid (Ptsa) and Dodecylbenzenesulfonic acid (Dbsa)) on the electrochemical performance of polyaniline-reduced graphene oxide nanocomposite. The synthesis of the nanocomposites was done via chemical oxidation polymerization and the dopants were introduced during the polymerization process. PANI/rGO-Ptsa delivered the highest specific capacitance of 653 Fg−1 at a specific current of 0.5 Ag−1, which is over two times greater than the specific capacitance of pristine PANI. The electrochemical and morphological properties of PANI/rGO-Ptsa reveal that the introduction of the organic dopant was responsible for the increase in conductivity and allowed for fast diffusion of electrolyte ions. -
Organic Electrode Materials for Aqueous Energy Storage Systems
Manickam Minakshi, Agha Mujeebullah, Richard Evans, Achini DayarathneDieses Kapitel befasst sich mit der Entwicklung nachhaltiger Elektrodenmaterialien für wässrige Energiespeicher, wobei der Schwerpunkt auf Aktivkohle aus Industriehanf und Honigtau-Schale liegt. Die Studie untersucht die Herstellungsmethoden, die elektrochemische Leistung und die strukturellen Eigenschaften dieser aus Biomasse gewonnenen Materialien. Zu den wichtigsten Erkenntnissen zählen die außergewöhnliche Porenstruktur und die hohe Oberfläche der aus Hanf gewonnenen Aktivkohle, die zu ihrem hervorragenden Doppelschichtkapazitätsverhalten beitragen. Darüber hinaus hebt das Kapitel die überlegene elektrochemische Leistung von Honigtau-Aktivkohle hervor, die ihrer einzigartigen chemischen Zusammensetzung und verbesserten Bildung von Mesoporen zugeschrieben wird. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass beide Materialien deutliche Vorteile für nachhaltige Energiespeicheranwendungen bieten: Hanf-Aktivkohle zeichnet sich durch Skalierbarkeit und Oberfläche aus, während Honigtau-Aktivkohle eine energieeffiziente Verarbeitung und höhere Kapazität bietet. Diese Forschung trägt zur Förderung grünerer und widerstandsfähigerer Energiesysteme bei und ebnet den Weg für innovative Lösungen im Bereich der Energiespeicherung.KI-Generiert
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AbstractAqueous batteries and supercapacitors utilizing water-based electrolytes present safer, cost-effective, and environmentally sustainable alternatives to conventional organic systems, eliminating the need for complex battery management protocols. Despite these advantages, most current aqueous systems depend on scarce transition metals such as nickel, cobalt, and manganese. This has spurred interest in organic electrode materials composed of earth-abundant elements (C, H, O, N, S). Biomass-derived activated carbon (AC) precursors, including hemp, honeydew peel, and eggshells, are gaining traction due to their sustainability and promising electrochemical performance. Preliminary investigations at Murdoch University demonstrate that hemp-based composites, synthesized via a simple one-step process, produce AC with a high surface area (1195 m2/g) and excellent electrochemical double-layer capacitance. Scanning electron microscopy (SEM) and cyclic voltammetry analyses reveal that hemp-derived AC surpasses commercial AC in performance, offering a viable solution to interface challenges in aqueous energy storage systems. Interestingly, AC derived from honeydew peel exhibits significantly higher specific capacitance (478 F/g in 1 M H₂SO₄) compared to industrial hemp (105 F/g in 2 M Na2SO4 electrolytes). These compelling results are explored in this proceeding, emphasizing how variations in functional groups, porosity, and redox-active sites in biomass materials contribute to pseudocapacitive behavior and enhanced energy density. Notably, honeydew peel-derived AC achieves an energy density of 66 Wh/kg and a peak power density of 662 W/kg in a symmetric capacitor configuration. -
Data and Physics-Informed Neural Network for Predicting Electrode Materials of Lithium-Ion Battery
Yunhe MoDieses Kapitel untersucht die entscheidende Rolle von Elektrodenmaterialien in Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) und das Potenzial des maschinellen Lernens, ihre Entwicklung zu revolutionieren. Es untersucht die Grenzen aktueller kommerzieller Kathoden- und Anodenmaterialien wie Lithium-Kobaltoxid (LiCoO2), Lithium-Eisenphosphat (LiFePO4) und siliziumbasierter Materialien und unterstreicht die Notwendigkeit neuartiger Lösungen. Die Studie führt einen physikalisch informierten Ansatz neuronaler Netzwerke (PINN) ein, der die materiellen Steuerungsgleichungen in die Architektur neuronaler Netzwerke integriert, physikalische Plausibilität gewährleistet und die Verallgemeinerbarkeit von Modellen verbessert. Die Methodik umfasst Feature Engineering, Modellvorhersage und Analyse inverser Vorhersagen, wobei der Schwerpunkt auf der Optimierung der elektrischen Leitfähigkeit liegt. Die Studie erzielt bemerkenswerte Genauigkeitsverbesserungen mit einem R ² -Wert von 0,99 und identifiziert 14 neuartige orthorhombische Elektrodenmaterialien mit hohem Leitfähigkeitspotenzial. Diese Materialien umfassen polyanionische Verbindungen, Schichtoxide und Lithiumlegierungen und bieten außergewöhnliche Strukturstabilität, thermische Sicherheit und eine lange Lebensdauer des Zyklus. Das Kapitel schließt mit der Betonung des Potenzials dieses Rahmenwerks zur Überwindung von Engpässen bei der Datenverknappung und zur Beschleunigung der Entwicklung leistungsfähiger LIBs und nachhaltiger Energietechnologien.KI-Generiert
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AbstractThe rapid growth of the electric vehicle industry has created an urgent demand for high-conductivity electrode materials. In this study, a deep learning model called the Data-Physics-Informed Neural Network (DPINN) was developed by integrating data and physical information into the loss function of a deep neural network. This model enables an inverse prediction process—from performance metrics back to material features. Linear constraints were imposed through first-order equations derived from Pearson correlation coefficients (R). Initial analysis revealed no input features exhibited strong linear correlation with conductivity (|R|>0.7), indicating the necessity for domain-specific knowledge integration. To address this limitation, physics-informed constraints incorporating elemental composition rules, crystallographic structure principles, and thermodynamic stability criteria were systematically introduced. The enhanced DPINN framework demonstrated remarkable performance improvements: R2 reached 0.99, RMSE decreased by 112.32 S/m, and 14 novel orthorhombic-structured electrode materials were identified as promising candidates through inverse design. This approach provides a strategic framework for overcoming data scarcity challenges in electrode material development and holds broad applicability across diverse material discovery domains. -
Research and Development of Clean and Efficient Combustion Technology of Modern Large Hot Blast Stove
Fuming Zhang, Naiyao Li, Jian Sun, Jiangwei Chen, Zhizheng Wang, Wei Hu, Jiran LanDas Kapitel befasst sich mit der Erforschung und Entwicklung sauberer und effizienter Verbrennungstechnologie für moderne große Heißbrennöfen und betont deren Rolle bei der Energieeinsparung und Emissionsreduzierung in der Stahlindustrie. Sie untersucht verschiedene Arten von heißen Hochöfen, einschließlich der Verbrennung im Innenraum, der externen Verbrennung und der Verbrennung von Kuppeln, sowie deren strukturelle Merkmale. Der Text unterstreicht die Bedeutung der Hochtemperaturtechnologie für eine umweltfreundliche und saubere Produktion und diskutiert die Herausforderungen und Durchbrüche beim Erreichen hoher Strahlungstemperaturen und niedriger Emissionen. Es umfasst auch die Entwicklung von Schlüsseltechnologien wie ultraniedrige NOx-Verbrennung, superleistungsstarke Keramikbrenner und hocheffiziente Prüfsteine. Das Kapitel schließt mit der erfolgreichen industriellen Anwendung dieser Technologien, ihren Auswirkungen auf die Verringerung des Energieverbrauchs und der Emissionen sowie den Aussichten auf weitere Innovationen in diesem Bereich.KI-Generiert
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AbstractUnder the background of carbon peak and carbon neutrality development, energy-efficient conversion was the core for the steel industry to achieve green, low-carbon, energy-saving, and emission-reduction goals. Focused on the research and development of the super-large blast furnace and low-carbon and low-nitrogen hot blast stoves at Shougang Jingtang, a theoretical system for high efficiency and clean combustion and coordinated enhanced heat transfer based on dissipative structure optimization was formed. The super-large dome combustion hot blast stove for 5500m3 blast furnace was built, and the 180MW ultra-high power vortex diffusion burner was developed, safety and long-life operation and intelligent control technology based on information physical systems were researched, and hot blast stove energy-saving technology and standard system were created. The gas consumption of hot blast stove was reduced to 1.14 GJ/tHM, was reduced 36%, the system thermal efficiency was more than 85%, the energy efficiency was more than 1.15.
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- Titel
- Energy Technology 2026
- Herausgegeben von
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Onuralp Yücel
Wenwen Song
Eric Detsi
Shafiq Alam
Fiseha Tesfaye
Hong Peng
Chukwunwike Iloeje
Donna Post Guillen
Surojit Gupta
Jung Pyung Choi
- Copyright-Jahr
- 2026
- Verlag
- Springer Nature Switzerland
- Electronic ISBN
- 978-3-032-13909-2
- Print ISBN
- 978-3-032-13908-5
- DOI
- https://doi.org/10.1007/978-3-032-13909-2
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