USPEX（Universal Structure Prediction: Evolutionary Xtallography）是一种用于材料结构预测的计算方法，在钠离子电池研发中具有重要应用，主要体现在以下方面：
电极材料设计：
寻找新型正极材料：钠离子电池正极材料对电池性能至关重要。USPEX 可通过计算模拟，从众多可能的材料结构中筛选出具有合适钠离子嵌入脱出电位、高比容量和良好结构稳定性的新型正极材料。例如，帮助发现具有特定晶体结构的过渡金属氧化物或聚阴离子化合物等作为潜在的高性能正极材料 1。
优化负极材料：对于负极材料，USPEX 能预测不同碳基材料、合金类材料等的结构与性能关系，找到更适合钠离子存储且循环性能好、倍率性能佳的负极材料结构，像优化硬碳或软碳材料的微观结构以提高其储钠能力 1。
电解质研究：
探索固态电解质：固态电解质能提升钠离子电池的安全性和能量密度。USPEX 可用于设计和筛选具有高离子电导率、宽电化学窗口和良好化学稳定性的固态电解质结构。比如，寻找合适的晶体结构类型和化学组成，以促进钠离子在固态电解质中的快速传输。
优化液态电解质配方：虽然钠离子电池常用的液态电解质与锂离子电池类似，但成分上仍有差异。USPEX 能辅助研究人员分析电解质中钠盐与溶剂分子的相互作用，优化电解质配方，提高钠离子的溶解和迁移能力，进而改善电池性能。
电池性能预测与优化：
预测充放电曲线：通过模拟钠离子在电极材料中的嵌入和脱出过程，USPEX 可以预测不同材料和结构下电池的充放电曲线，帮助评估电池的比容量、电压平台等关键性能指标，为材料选择和结构设计提供参考。
研究循环稳定性：模拟电池在多次充放电循环过程中的结构变化和应力分布，分析可能导致材料结构破坏和性能衰减的因素。据此，可对电极材料结构进行优化，提高电池的循环稳定性和使用寿命。
机理研究：
揭示离子传输机制：USPEX 有助于深入理解钠离子在电极材料和电解质中的传输行为，明确离子传输的路径、速率限制步骤以及影响因素，为提高离子传输效率提供理论指导。
分析电极反应过程：了解钠离子电池在充放电过程中的电极反应机理，包括电荷转移、相变等过程，对于优化电池性能和设计新型材料具有重要意义。USPEX 可以从原子层面模拟这些反应过程，为实验研究提供理论支持和解释。