Výkon batériových materiálov priamo určuje hustotu energie, životnosť cyklu a bezpečnosť zariadení na skladovanie energie. Ich dizajnérske princípy integrujú interdisciplinárny výskum materiálovej vedy, elektrochémie a výpočtovej vedy. Jadro moderného dizajnu materiálu batérie spočíva v optimalizácii elektronickej štruktúry, zlepšovaní kinetiky iónového transportu a zlepšovaní stability rozhrania prostredníctvom manipulácie na úrovni Atomic-.
Z elektronického hľadiska určuje pásová štruktúra elektródových materiálov ich redoxnú aktivitu. Napríklad oxidy prechodných kovov (napríklad Licoo₂) dosahujú vloženie a extrakciu lítium iónov prostredníctvom zisku a straty d - orbitálnych elektrónov. Navrhovanie vysokých - Materiály napätia vyžaduje manipuláciu s valenčným stavom a koordinačným prostredím prechodných kovov. Zavedenie vodivých prísad (napríklad uhlíkových nanotrubíc) môže zostaviť trojicu prenosu elektrónovej transportu s rozmermi a znížiť rezistenciu na interfaciálny odpor. Pokiaľ ide o transport iónov, tuhá látka - stavu elektrolytových materiálov (ako napríklad sulfid li₆ps₅cl) optimalizujte parametre mriežky na rozšírenie iónových kanálov a zvýšenie čísla prenosu lítium -iónov nad 0,9.
Materiál štrukturálny dizajn je tiež rozhodujúci. Stratégie nanoskalovania (ako je zníženie veľkosti častíc kremíkových anód na pod 100 nm) môžu zmierniť expanziu objemu počas náboja a výtoku. Porézne konštrukčné konštrukcie (ako napríklad hierarchicky pórovité uhlíkové materiály) zvyšujú zmáčanie elektrolytov zvýšením špecifickej plochy povrchu. Pokroky v oblasti výpočtových materiálov urýchľujú proces racionálneho dizajnu. Prvé - Výpočty princípov založené na teórii hustoty (DFT) môžu predpovedať termodynamickú stabilitu a bariéry difúzie iónov, zatiaľ čo modely strojového učenia dokážu rýchlo preveriť potenciálne materiálové systémy.
Budúci dizajn materiálu batérie uprednostňuje optimalizáciu kolaboratívnej optimalizácie viacerých -, zavedie korelačné modely v troch rozmeroch atómového usporiadania, kryštálovej štruktúry a makroskopickej morfológie. V kombinácii s technikami charakterizácie in situ tieto techniky budú sledovať štrukturálny vývoj počas náboja a výboja v reálnom čase, čo nakoniec umožní presné vytváranie materiálov vysokej -.