A prestazione di i materiali di a batteria determina direttamente a densità di l'energia, a vita di u ciclu è a sicurità di i dispositi di almacenamentu di energia. I so principii di cuncepimentu integranu a ricerca interdisciplinaria di a scienza di i materiali, l'elettrochimica è a scienza computazionale. U core di u disignu mudernu di materiale di a batteria si trova in l'ottimisazione di a struttura elettronica, a rinfurzà a cinetica di trasportu di ioni, è a migliurà a stabilità di l'interfaccia per mezu di a manipulazione di livellu atomicu -.
Da una perspettiva elettronica, a struttura di banda di i materiali elettrodi determina a so attività redox. Per esempiu, l'ossidi di metalli di transizione (cum'è LiCoO₂) ghjunghjenu l'inserzione è l'estrazione di ioni di litiu per via di u guadagnu è a perdita di elettroni d-orbitali. U disignu di materiali di catodi di alta tensione -esige manipulà u statu di valenza è l'ambiente di coordinazione di metalli di transizione. L'intruduzioni di additivi cunduttivi (cum'è nanotubi di carbone) ponu custruisce una reta di trasportu di elettroni tridimensionali è riduce a resistenza interfacial. In quantu à u trasportu di ioni, i materiali elettroliti solidi -stati (cum'è sulfide Li₆PS₅Cl) ottimisanu i paràmetri di u reticulatu per espansione i canali di ioni è aumentanu u numeru di trasferimentu di ioni di litiu à sopra à 0,9.
U disignu strutturale di u materiale hè ancu cruciale. Strategie di nanoscaling (cum'è a riduzione di a dimensione di particella di l'anodu di siliciu à sottu à 100 nm) ponu mitigà l'espansione di u voluminu durante a carica è a scarica. I disinni strutturali porosi (cum'è i materiali di carbone gerarchicamente porosi) aumentanu l'umidità di l'elettroliti aumentendu a superficia specifica. L'avanzati in a scienza di i materiali computazionali acceleranu u prucessu di cuncepimentu raziunale. I primi -calculi di principii basati nantu à a teoria funziunale di densità (DFT) ponu predichendu a stabilità termodinamica è e barriere di diffusione di ioni di i materiali, mentre chì i mudelli d'apprendimentu automaticu ponu schermu rapidamente sistemi di materiale potenziale.
U futuru designu di materiale di a batteria darà priorità à l'ottimisazione cullaburazione multi-scale, stabilendu mudelli di correlazione in e trè dimensioni di l'arrangiamentu atomicu, a struttura cristallina è a morfologia macroscopica. In cumbinazione cù e tecniche di carattarizazione in situ, queste tecniche seguiranu l'evoluzione strutturale durante a carica è a scarica in tempu reale, permettendu infine a creazione precisa di materiali di batterie d'altu -prestu.