La agado de bateriaj materialoj rekte determinas la energian densecon, ciklan vivon kaj sekurecon de energi-stokaj aparatoj. Iliaj dezajnoprincipoj integras la interfakan esploradon de materiala scienco, elektrokemio, kaj komputilscienco. La kerno de moderna bateria materialodezajno kuŝas en optimumigado de elektronika strukturo, plibonigado de jontransporta kinetiko kaj plibonigado de interfaco-stabileco per atom--nivela manipulado.
De elektronika perspektivo, la grupstrukturo de elektrodmaterialoj determinas ilian redoksan agadon. Ekzemple, transirmetalaj oksidoj (kiel ekzemple LiCoO₂) atingas litijonan enmeton kaj ekstrakton per la gajno kaj perdo de d-orbitalaj elektronoj. Projekti alttensiajn katodmaterialojn postulas manipuli la valentan staton kaj kunordigan medion de transirmetaloj. La enkonduko de konduktaj aldonaĵoj (kiel ekzemple karbonaj nanotuboj) povas konstrui tridimensian elektronan transportreton kaj redukti intervizaĝan reziston. Koncerne jontransporton, solida-elektrolitmaterialoj (kiel ekzemple sulfido Li₆PS₅Cl) optimumigas kradparametrojn por vastigi jonkanalojn kaj pliigi la litijonan translokan nombron al super 0.9.
Materiala struktura dezajno ankaŭ estas decida. Nanoskalaj strategioj (kiel redukto de silicia anoda partiklograndeco al sub 100nm) povas mildigi volumenan vastiĝon dum ŝargo kaj malŝarĝo. Poraj strukturaj dezajnoj (kiel ekzemple hierarkie poraj karbonmaterialoj) plifortigas elektrolitmalsekigon pliigante specifan surfacareon. Progresoj en komputila materialscienco akcelas la procezon de racia dezajno. Unuaj-principaj kalkuloj bazitaj sur denseca funkcia teorio (DFT) povas antaŭdiri la termodinamikan stabilecon kaj jondifuzbarojn de materialoj, dum maŝinlernado-modeloj povas rapide ekzameni eblajn materialsistemojn.
Estonta bateria materiala dezajno prioritatos mult-skalan kunlaboran optimumigon, establante korelaciajn modelojn trans la tri dimensioj de atomaranĝo, kristala strukturo kaj makroskopa morfologio. En kombinaĵo kun surlokaj karakterizaj teknikoj, tiuj teknikoj spuros strukturan evoluon dum ŝargo kaj malŝarĝo en reala tempo, finfine ebligante la precizan kreadon de alt-efikecaj bateriaj materialoj.