Enmig del ràpid avenç de les tecnologies energètiques, la selecció científica dels materials de la bateria afecta directament el rendiment, la seguretat i la rendibilitat de la bateria-. Des d'electrònica de consum fins a vehicles elèctrics fins a sistemes d'emmagatzematge d'energia a gran-escala, els diferents escenaris d'aplicació fan que els materials de la bateria siguin diferents, la qual cosa fa que la selecció adequada dels materials de la bateria sigui crucial.
En primer lloc, la densitat d'energia és una consideració clau. Les bateries d'ions de liti-són l'opció preferida per als dispositius portàtils a causa de la seva gran capacitat específica (per exemple, la capacitat teòrica dels càtodes d'òxid de cobalt de liti és d'aproximadament 140 mAh/g). Mentre que el fosfat de ferro de liti (LFP), tot i que té una densitat d'energia més baixa (aproximadament 160 mAh/g), s'utilitza àmpliament en vehicles d'energia nova a causa de la seva estabilitat tèrmica i la seva llarga vida útil. En segon lloc, la seguretat és fonamental. Els materials ternaris (com el níquel-cobalt-manganès (NCM)) tenen una alta densitat d'energia, però són propensos a l'alliberament d'oxigen a altes temperatures, la qual cosa comporta el risc de fuga tèrmica. En canvi, els materials d'ànode de titanat de liti ofereixen una seguretat superior i són adequats per a aplicacions que requereixen requisits d'estabilitat estrictes.
La sostenibilitat dels costos i dels recursos també influeix en les decisions materials. Els recursos de cobalt són escassos i els seus preus fluctuen significativament, la qual cosa impulsa la indústria cap a dissenys-sense cobalt (com ara càtodes binaris de níquel-manganès) o el desenvolupament de tecnologies alternatives com les bateries d'ions-sodi. A més, cal tenir en compte la compatibilitat mediambiental. A baixes temperatures, la conductivitat iònica dels electròlits i dels materials d'elèctrodes disminueix, la qual cosa requereix l'ús d'additius (com LiFSI) o electròlits d'estat sòlid-per optimitzar el rendiment.
En última instància, la selecció dels materials de la bateria requereix un equilibri complet de paràmetres de rendiment, requisits d'aplicació i condicions de la cadena de subministrament. Amb els avenços en tecnologies com ara les bateries d'estat sòlid-i les bateries de liti-sofre, la ciència dels materials continuarà liderant la innovació en la indústria de les bateries.