先进锂离子和多价离子电池研发的关注重点包括：尖端电极材料（例如磷酸锂铁、硼酸锂铁、氟磷酸锂铁、钒酸锂，它们都为高压或者高容量材料），高级的电解液和溶液-电极界面材料，多价离子电池，新颖的多微孔分离器，以及专门为氧化还原体系设计的全新质子导电复合膜。课题研究团队日前在《先进储能材料》杂志上发表了一篇论文，描述了在电容器中把铝离子作为能量储存物质的机理。相比于锂，铝资源更加丰富，而且原材料成本较低。
铝离子研究的初衷，是为了寻找到比锂离子拥有更高电荷密度的材料。相比于每个锂离子只能传递一个电荷，铝离子能够传递三个电荷，因此更具优势。从而使得铝离子电池组充电储能容量更大、比重密度更高，换句话说同样的尺寸或重量前提下，铝离子电池组有着更高的储能密度或储能总量。还有一些工作围绕钠开展，因为钠在地球上非常丰富，可以作为锂的一种不错替代品；虽然钠有助于降低成本，但是每个钠离子也仅仅传递一个电荷。
可再充电金属空气电池组的关键是检测锂是否可以以氧化物的形式（过氧化锂）储存，而过氧化锂具有大幅提高能量储存密度的潜力，并且在发挥作用时是可逆的。相关研究主要涉及：纳米结构的氧化催化剂与电极的合成，电化学反应和化学反应性的原位研究，新颖的电极设计，溶剂对氧化还原反应电位势的影响，过氧化锂和氧化钠的成核增长现象，溶剂-电极界面的原位投射电子显微分析，以及氧化物的原位X射线吸收近边结构光谱研究。
可逆燃料电池研究目前有三个关注要点：中间温度固体氧化物燃料电池，聚合物电解质燃料电池，以及可逆燃料/电解电池。从中短期潜力来看，相比于传统化石燃料，高温固体氧化物燃料电池和固体氧化物电解电池能够把能量效率提高一倍，同时大幅度降低温室气体的排放；长远角度而言，有助于太阳能、风能等可再生能源的推广。固体氧化物燃料电池的重要目标是，优化化学能和电能之间的转化效率，通过降低工作温度来提高元件使用寿命，另外尽可能的降低生产成本。
开发更洁净的替代燃料，最小化碳氢化合物的使用量，以最少的二氧化碳排放为代价，最优化燃料效能是未来所必需的。高温系统拥有很多优势，特别是在二氧化碳分解方面，并且可以帮助降低材料成本和提高整体效能。因为太阳能和风能属于间歇性资源，只有在太阳升起或者刮风的时候才能产生电能，所以收集和储存能量以备后用的方法是非常重要的。燃料电池与化学电解作用结合在一起，就可以实现这样的作用。其中一种方法是从水中生成氢气，再把氢气存储起来，形成能量到可燃气体的转变。
氢气燃料的瓶颈
氢气作为燃料也存在一些客观问题，虽然从重量上考虑，氢气有着很高的能量密度，但是基于体积的话，能量密度却非常低；现有的基础设施也很难达到长距离传输氢气的要求。因此最理想的状况是，找到一些与传统燃料更为相似的能源。二氧化碳是现在人们关注的问题所在，如果能够利用某些先进技术来分解二氧化碳，重新生成一氧化碳也许是不错的解决方案。目前有很多种技术工艺，让氢气和一氧化碳发生反应，生成类似甲烷或液态烃的燃料。这种做法最大的优势在于，全世界有大量的基础设施可以用来储存和传输重新转化的合成气体（天然气等）和液态燃料（汽油等），而且利用起来更加方便。汽车、飞机等各种交通工具，甚至都不需要进行改造，就能够直接使用合成燃料。
像聚合物电解质燃料电池等，电解池的工作温度在100摄氏度左右，能够分解水，却无法有效分解二氧化碳。同样高分子电解质膜燃料电池只能以氢气作为燃料，而且只能与铂丝电极搭配工作。固体氧化物燃料电池工作温度更高、效能更高，所使用的金属氧化催化剂的成本也要低很多（相比于昂贵的铂金）。然而固体氧化物材料制造起来较为麻烦，这样又增大了加工成本，另外高温环境加速了一些化学反应，导致使用寿命的缩短。找到性能退化的详细原因和限制低温表现的因素，是未来研究的一个重要课题。
研究人员正在创建燃料电池结构的系统模型，以便把影响性能的各因素分离评估，从耐久性和性能表现两方面更好地探究创新材料是否达到预期效果。特别值得注意的是，研究人员着眼于调整电极材料的结构形状，来提高气体分子通过气孔的传输效率、离子和电子在固体表面的流动以及界面上的催化活性。有关电极材料结构形状的专利将在下个月公布。
来自麻省理工学院和莫斯科国立大学的各八名研究人员参与到电化学能量储存中心的科研项目中；中心从2013年10月开始运行，开发出了多种用于不同领域的低温工作材料，通过复杂的结晶化学工序，有效优化了材料特性。麻省理工学院和莫斯科国立大学的合作预期要维持五年，俄罗斯希望借助这种合作在本国内建立类似硅谷的科技创新中心。俄罗斯的经济非常依赖销售石油、天然气等化石燃料，为了保持经济持续稳定和平衡国际关系，多样化经济支柱和广泛的交流沟通是必不可少的。
