Energiedichte

Die Energiedichte ist ein wichtiger Kennwert von Energiespeichern und soll sich im Kontext von ITWissen auf die klassischen chemischen Energiespeicher, die Batterien, Akkus, Brennstoffzellen und auf die elektrischen Energiespeicher, die Kondensatoren und Ultrakondensatoren beschränken.


Die Energiedichte dieser Komponenten bestimmen die Betriebs- und Nutzungsdauer von mobilen Geräten, von Systemen und Elektrofahrzeugen. Bei den genannten Komponenten bezieht sich die Energiedichte auf die Energiemenge bezogen auf das Volumen und das Gewicht der Akkus oder Kondensatoren, also Wattstunden (Wh) pro Volumeneinheit (Wh/ccm) bzw. pro Gewichtseinheit (Wh/kg). Man spricht in diesem Zusammenhang auch von Energievolumen oder volumetrischer Energiedichte und, bezogen auf das Gewicht, von Energiegewicht oder gravimetrischer Energiedichte. Beide Energiedichten sollten möglichst hoch sein, damit der Akku eine hohe Energiedichte hat und wenig Platz einnimmt oder wenig wiegt. Die gängige Darstellform für den Vergleich der Energiedichte von Energiespeichern ist das Ragone-Diagramm. Der Kennwert Energiedichte wird auch bei Magneten für das halbe Produkt aus Flussdichte (B) und magnetischer Feldstärke (H) benutzt.

Energie- und Leistungsdichte von Akkus und Kondensatoren, dargestellt im Ragone-Diagramm

Energie- und Leistungsdichte von Akkus und Kondensatoren, dargestellt im Ragone-Diagramm

Bei der Energiedichte handelt es sich um die mittlere Entladespannung (V) multipliziert mit dem Entladestrom (A) und der Zeit (h) bis zum Erreichen der Entladeschlussspannung, dividiert durch das Volumen. Was die Energiedichte betrifft, so liegen die Werte für Lithium-Ionen-Akkus bei bis zu 200 Wh/kg für Lithium-Polymer-Akkus bei über 150 Wh/kg und sind damit sie höher als die von NiMH-Akkus. Die Energiedichte von Festkörperbatterien liegt bei etwa 500 Wh/kg und ist damit mehr als doppelt so hoch, wie die der Lithium-Ionen-Akkus. Im Vergleich zu den Baterien beträgt die Energiedichte von Brennstoffzellen 100 Wh/kg bis 1.000 Wh/kg und die von Superkondensatoren 5 Wh/kg bis 30 Wh/kg. Die höchste Energiedichte hat der Lithium-Luft-Akku, der über 10 kWh/kg erreichen kann. Dieser Wert ist mehr als zehnmal höher als der eines Lithium-Ionen-Akku.

Neben der Energiedichte gibt es noch die spezifische Energiedichte (Wh/kg) oder Leistungsdichte, die sich auf die Leistung in Watt pro Gewichts- oder Volumeneinheit (W/kg oder W/ccm) bezieht.

Als weiteren Leistungsparameter von Batterien ist die spezifische Leistung (W/kg) zu nennen, bei der die Leistung bis zum Erreichen der Entladespannung in Relation zum Gewicht gesetzt wird. Sie errechnet sich aus der mittleren Entladespannung (V) multipliziert mit dem Entladestrom (A) und dividiert durch das Gewicht (kg).

Informationen zum Artikel
Deutsch: Energiedichte
Englisch: energy density
Veröffentlicht: 12.11.2018
Wörter: 387
Tags: #Batterien, Akkus
Links: Akku (Akkumulator), Batterie, Brennstoffzelle, Elektrofahrzeug, Energiespeicher