Výkon materiálů baterií přímo určuje hustotu energie, životnost cyklu a bezpečnost zařízení pro skladování energie. Jejich principy návrhu integrují interdisciplinární výzkum materiálových věd, elektrochemie a výpočetní vědy. Jádro moderního designu materiálu baterie spočívá v optimalizaci elektronické struktury, zvyšování kinetiky transportu iontů a zlepšování stability rozhraní prostřednictvím manipulace s úrovní atomové -.
Z elektronického hlediska určuje struktura pásma elektrodových materiálů jejich redoxní aktivitu. Například oxidy přechodného kovu (jako je Licoo₂) dosahují inzerce a extrakci lithia iontů prostřednictvím zisku a ztráty D - orbitálních elektronů. Navrhování vysokých - Napěťové katodové materiály vyžadují manipulaci s valenční stav a koordinační prostředí přechodných kovů. Zavedení vodivých aditiv (jako jsou uhlíkové nanotrubice) může konstruovat tři - rozměrovou síť elektronových transportu a snížit odolnost proti rozhraní. Pokud jde o transport iontu, pevná látka - stavová elektrolytová materiály (jako je sulfid li₆ps₅cl) optimalizují parametry mřížky pro rozšíření iontových kanálů a zvyšují lithium -iontové přenosy na vyšší 0,9.
Konstrukce materiálu je také zásadní. Nanoscalingové strategie (jako je zmenšení velikosti částic silikonové anody pod 100 nm) mohou zmírnit expanzi objemu během náboje a vypouštění. Porézní strukturální návrhy (jako jsou hierarchicky porézní uhlíkové materiály) zvyšují smáčení elektrolytu zvýšením specifické plochy povrchu. Pokroky ve vědě o výpočetních materiálech zrychlují proces racionálního designu. První - Výpočty principů založené na funkční teorii hustoty (DFT) mohou předpovídat termodynamickou stabilitu a iontové difúzní bariéry materiálů, zatímco modely strojového učení mohou rychle prověřit potenciální materiálové systémy.
Budoucí design materiálu baterií upřednostňuje upřednostňování více - měřítka optimalizace spolupráce a stanoví korelační modely napříč třemi rozměry atomového uspořádání, krystalové struktury a makroskopické morfologie. V kombinaci s technikami charakterizace in situ budou tyto techniky sledovat strukturální vývoj během náboje a vypouštění v reálném čase, což nakonec umožní přesné vytváření vysokých - výkonných bateriových materiálů.