Energiedichte

Die Energiedichte ist eine physikalische Größe, welche die Verteilung von Energie bezogen auf eine charakteristische Kenngröße angibt. Meist wird hierbei der Quotient aus Energie und dem Volumen oder der Masse berechnet. Das Verhältnis von Energie zu dem Volumen eines Stoffes wird als volumetrische Energiedichte bezeichnet und in der Einheit J/m³ bzw. kWh/m³ angegeben. Die sogenannte gravimetrische Energiedichte gibt hingegen das Verhältnis von Energie zur Masse des Stoffes an und wird mit der Einheit J/kg bzw. kWh/kg ausgedrückt.

Besonders bei der Beurteilung von Energiespeichern spielt die Energiedichte eine große Rolle und sollte möglichst hoch sein. Beispielsweise muss der in einem Elektrofahrzeug eingesetzte Akkumulator sowohl eine möglichst hohe volumetrische als auch eine hohe gravimetrische Energiedichte aufweisen. Dadurch kann neben dem Platzbedarf auch das Gewicht des Akkus reduziert werden, was mit einer Erhöhung der Reichweite bzw. der Nutzungsdauer des Fahrzeuges verbunden ist.

Mechanische Speicher, z. B. Schwungradspeicher oder Seen von Pumpspeicherkraftwerken, weisen nur eine sehr geringe volumetrische Energiedichte auf, welche bei ca. 0,5 bis 20 kWh/m³ liegt. Die Energiedichten von elektrischen Speichern, z. B. Doppelschicht-Kondensatoren oder supraleitende magnetische Spulen, sind ebenfalls gering und betragen etwa 2 bis 10 kWh/m³. Ein elektrochemischer Energiespeicher oder ein thermischer Speicher weist eine mittlere Energiedichte auf, die abhängig vom Speicher etwa 50 bis 700 kWh/m³ beträgt. Die Energiedichte chemischer Speicher ist relativ hoch, allerdings ist diese besonders vom Material für chemische Energiespeicher abhängig und kann etwa 300 bis 10.000 kWh/m³ betragen.

Die betrachtete Energiedichte ist unteranderem auch von der Dichte des Speichermediums abhängig. Beispielsweise hat flüssiger Wasserstoff eine recht hohe gravimetrische Energiedichte von etwa 33 kWh/kg. Da Wasserstoff das leichteste chemische Element ist, ist seine volumetrische Energiedichte allerdings geringer als von anderen Kraftstoffen und beträgt etwa 2.000 kWh/m³. Im Vergleich hierzu beträgt die gravimetrische Energiedichte von Benzin etwa 11 kWh/kg und seine volumetrische Energiedichte ca. 8.500 kWh/m³.

Englische Übersetzung(en):

energy density