Batareya materiallarının performansı birbaşa enerji sıxlığını, dövriyyə müddətini və enerji saxlama cihazlarının təhlükəsizliyini müəyyən edir. Onların dizayn prinsipləri materialşünaslığın, elektrokimyanın və hesablama elminin fənlərarası tədqiqatını birləşdirir. Müasir akkumulyator materialı dizaynının əsası elektron strukturun optimallaşdırılmasında, ion daşıma kinetikasının təkmilləşdirilməsində və atom səviyyəli manipulyasiya vasitəsilə interfeys sabitliyinin yaxşılaşdırılmasından ibarətdir.
Elektron nöqteyi-nəzərdən elektrod materiallarının lent quruluşu onların redoks aktivliyini müəyyən edir. Məsələn, keçid metal oksidləri (məsələn, LiCoO₂) d-orbital elektronların qazanması və itkisi vasitəsilə litium ionunun daxil edilməsinə və çıxarılmasına nail olur. Yüksək gərginlikli katod materiallarının layihələndirilməsi keçid metallarının valent vəziyyəti və koordinasiya mühitinin manipulyasiyasını tələb edir. Keçirici əlavələrin (məsələn, karbon nanoborucuqları) tətbiqi üçölçülü elektron nəqli şəbəkəsini qura və fazalararası müqaviməti azalda bilər. İon nəqlinə gəldikdə, bərk elektrolit materialları (məsələn, sulfid Li₆PS₅Cl) ion kanallarını genişləndirmək və litium ionlarının ötürülmə sayını 0,9-dan yuxarı artırmaq üçün qəfəs parametrlərini optimallaşdırır.
Materialın struktur dizaynı da çox vacibdir. Nanomiqyaslı strategiyalar (silikon anod hissəciklərinin ölçüsünü 100nm-dən aşağı endirmək kimi) yükləmə və boşalma zamanı həcmin genişlənməsini azalda bilər. Məsaməli struktur dizaynları (məsələn, iyerarxik məsaməli karbon materialları) xüsusi səth sahəsini artırmaqla elektrolitlərin islanmasını artırır. Hesablama materialları elmindəki irəliləyişlər rasional dizayn prosesini sürətləndirir. Sıxlıq funksional nəzəriyyəsinə (DFT) əsaslanan ilk{5}}prinsip hesablamaları materialların termodinamik sabitliyini və ion diffuziya maneələrini proqnozlaşdıra bilər, maşın öyrənmə modelləri isə potensial material sistemlərini sürətlə yoxlaya bilir.
Gələcək akkumulyator materialının dizaynı atom düzülüşü, kristal quruluşu və makroskopik morfologiyanın üç ölçüsü üzrə korrelyasiya modelləri quraraq, çoxmiqyaslı birgə optimallaşdırmaya üstünlük verəcək. Yerində səciyyələndirmə üsulları ilə birlikdə bu üsullar real vaxtda yükləmə və boşalma zamanı struktur təkamülünü izləyəcək və nəticədə yüksək performanslı akkumulyator materiallarının dəqiq yaradılmasına imkan verəcəkdir.