Прадукцыйнасць батарэйных матэрыялаў непасрэдна вызначае шчыльнасць энергіі, тэрмін службы і бяспеку назапашвальнікаў энергіі. Іх прынцыпы праектавання аб'ядноўваюць міждысцыплінарныя даследаванні матэрыялазнаўства, электрахіміі і вылічальнай тэхнікі. Ядро сучаснай распрацоўкі матэрыялу акумулятара заключаецца ў аптымізацыі электроннай структуры, паляпшэнні кінетыкі транспарту іёнаў і паляпшэнні стабільнасці інтэрфейсу праз маніпуляцыі на атамным-узроўні.
З электроннага пункту гледжання, зонавая структура электродных матэрыялаў вызначае іх акісляльна-аднаўленчую актыўнасць. Напрыклад, аксіды пераходных металаў (напрыклад, LiCoO₂) дасягаюць увядзення і выдалення іёнаў літыя за кошт узмацнення і страты d-арбітальных электронаў. Распрацоўка высокавольтных катодных матэрыялаў патрабуе маніпулявання валентным станам і каардынацыйным асяроддзем пераходных металаў. Увядзенне правадзячых дабавак (такіх як вугляродныя нанатрубкі) можа пабудаваць трох-мерную электронна-транспартную сетку і паменшыць міжфазнае супраціўленне. Што тычыцца транспарту іёнаў, цвёрдыя -матэрыялы электраліта (такія як сульфід Li₆PS₅Cl) аптымізуюць параметры рашоткі для пашырэння іённых каналаў і павышэння ліку пераносу іёнаў літыя вышэй за 0,9.
Канструкцыя матэрыялу таксама мае вырашальнае значэнне. Стратэгіі нанамаштабавання (напрыклад, памяншэнне памеру часціц крамянёвага анода ніжэй за 100 нм) могуць змякчыць пашырэнне аб'ёму падчас зарадкі і разрадкі. Порыстыя структурныя канструкцыі (напрыклад, іерархічна порыстыя вугляродныя матэрыялы) узмацняюць змочванне электраліта за кошт павелічэння ўдзельнай плошчы паверхні. Дасягненні ў вылічальнай матэрыялазнаўстве паскараюць працэс рацыянальнага праектавання. Разлікі паводле першых-прынцыпаў, заснаваныя на тэорыі функцыяналу шчыльнасці (DFT), могуць прадказваць тэрмадынамічную стабільнасць і бар'еры дыфузіі іёнаў матэрыялаў, у той час як мадэлі машыннага навучання могуць хутка правяраць патэнцыяльныя матэрыяльныя сістэмы.
Будучая канструкцыя акумулятарных матэрыялаў будзе аддаваць прыярытэт шмат-сумеснай аптымізацыі, усталяванню мадэляў карэляцыі ў трох вымярэннях атамнага размяшчэння, крышталічнай структуры і макраскапічнай марфалогіі. У спалучэнні з метадамі вызначэння характарыстык in situ гэтыя метады будуць адсочваць структурную эвалюцыю падчас зарада і разраду ў рэжыме рэальнага часу, што ў канчатковым рахунку дазваляе дакладна ствараць высока-прадукцыйныя акумулятарныя матэрыялы.