材料多尺度计算和机器学习是新材料设计的重要技术手段，在揭示材料本征特性与宏观性能的内在关系方面具有优势。就电池材料而言，电化学性能包含了能量密度、倍率性能、循环性能等多因素。如何通过这些方法实现复杂电池材料性能的有效计算与模拟，对电池材料设计与性能优化十分重要。

随着储能需求日益增长，基于嵌入机制的锂离子电池难以满足诸如电动汽车和智能电网等长续航和大规模储能体系的性能要求。转换型氟/硫基正极通过活性中心的多电子转移反应，能够冲破单电子嵌入化学的束缚，具备实现高比容量和高能量密度储能的潜质，例如：Li-FeF3和Li-FeS2的理论值可分别达712和894 mAh/g;1950和1671Wh/kg。然而，氟/硫基正极的持久可逆转换反应受到反应动力学迟缓和空间限域困难的阻碍。

锂氧气电池是利用锂金属和空气中的氧气实现化学能-电能直接转换的清洁储能体系。根据锂金属质量计算的二次锂氧气电池的理论能量密度达11400W·h/kg，接近汽油的能量密度(13000W·h/kg)，这是将其应用于新能源汽车动力电池的研究驱动力。

无机塑性热电材料可以打破传统无机脆性热电化合物和有机柔性热电化合物的禁锢，实现超常的室温变形能力和优良的热电性能，并在柔性电子、异形热源余废热回收发电等领域具有广阔的应用前景。

压电材料具有非中心对称性的结构，在外加机械力的作用下可诱导表面电荷的不对称分布。表面富集的非平衡电荷能够引发电化学反应，在温和条件下可实现水和氧气分子的活化以及活性氧物种的产生，从而可实现能源小分子(O2、H2O、CH4等)转化，被认为是实现绿色化学合成的重要潜在反应途径。