Energiedichte von Energiespeichern

Dieser Artikel enthält Listen zur Energiedichte verschiedener Stoffe und Systeme von Energiespeichern. Zur eigentlichen physikalischen Größe siehe Energiedichte.

Als Energiedichte von Energiespeichern bezeichnet man in der Energiewirtschaft die Menge technisch „nutzbarer Energie“ in einem Energiespeicher je Masse- oder Volumen-Einheit. Sie leitet sich aus der physikalischen Größe der volumetrischen Energiedichte ab und bezieht sich wie diese auf die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten, behandelt sie aber nicht abstrakt, sondern in Bezug auf den wirtschaftlichen Nutzen. Geht es um die volumetrische Energiedichte, sollte man dies nach DIN 5485 kenntlich machen.

Energiedichten von Akkus: Energie/Volumen bzw. Energie/Gewicht

Man unterscheidet je nach Kontext Primärenergie, Nutzenergie und Endenergie, außerdem zwischen Brennwert und Heizwert, soweit es sich um den Energiegehalt von Brennstoffen handelt. Bei diesen bleiben der zur Verbrennung nötige, meist der Umgebung entnommene Sauerstoff sowie ihr Behältnis, gewöhnlich ein Tank, als Bezug außer Acht. Bei Akkumulatoren gilt der Bezug dem ganzen Bauteil. Dies macht es schwierig, Energiedichten verschiedener Speicherbauarten direkt miteinander zu vergleichen.

Je nach Anwendungsgebiet sind verschiedene Energieeinheiten üblich und beim Vergleich zu beachten, nämlich Kilowattstunde, Joule oder Kalorie. Gleiches gilt für die Bezugsgrößen Volumen in Liter oder Kubikmeter sowie Masse in Kilogramm oder Tonne.

Liste von Energiespeichern

Angegeben sind jeweils in Spalte zwei die massenbezogene (gravimetrische) Energiedichte und, soweit verfügbar, in Spalte drei auch die volumetrische Energiedichte. Die nicht der kontrollierten Energiespeicherung dienenden Stoffe wie Sprengstoffe oder Zucker sind durch dunkleren Hintergrund markiert; Einträge physikalischer Größen zu Vergleichszwecken erkennt man dagegen am weißen Hintergrund.

Stoff/System	MJ/kg	MJ/L	Bemerkung	Anm.*	Referenzen
Magnete
NdFeB- und SmCo-Magnete	0,000 055	Bereich: 200–400 kJ/m^3 BHmax, also 30–55 J/kg	mag⁠^A
Kondensatoren
Elektrolytkondensator	0,000 4	Bereich: 0,01–0,1 Wh/kg, also 0,04–0,4 kJ/kg	el⁠^E
Doppelschicht-Kondensator	0,01	Bereich: 0,1–3 Wh/kg, also 0,4–10 kJ/kg (Stand 2014)	el
Superkondensator	0,1	Bereich: 5–30 Wh/kg, also 20–125 kJ/kg (Stand 2019)	el
Akkumulatoren, Batterien, Mechanische Energie u. a. m.
Bleiakkumulator	0,11	0,25	a) Bereich: 3–30 Wh/kg, also 10–110 kJ/kg b) 30–40 Wh/kg Energiedichte (MJ/L) Starterbatterie	chem⁠^C	a) b)
Adenosintriphosphat (ATP)	0,128	das entspricht bei der Spaltung beider Bindungen 64,6 kJ/mol bei 0,507 kg/mol	chem
Schwungradspeicherung mit CFK	0,18	49 Wh/kg	mech⁠^M
Kohle-Zink-Batterie	0,23	0,54	65 Wh/kg, also 230 kJ/kg	chem
NiCd-Akku	0,25	a) 40 Wh/kg b) Bereich: 4–70 Wh/kg, also 15–250 kJ/kg	chem	a) b) c)
Silberoxid-Zink-Batterie	0,27	0,98	272 Wh/L, also 979,2 kJ/L	chem
NiMH-Akku	0,28	a) 2.300 mAh · 1,0 V / 30 g =76,7 Wh/kg b) 60 Wh/kg c) Bereich: 15–120 Wh/kg, also 50–400 kJ/kg d) 60–80 Wh/kg	chem	a) b) c) d)
Li-Titanat-Akku	0,32	90 Wh/kg, also 0,32 MJ/kg	chem
Zum Vergleich: Schmelzenergie als eine der Eigenschaften des Wassers	0,33	bei 1013,2 hPa und 0 °C	Phasen- übergang
Nickel-Zink-Akkumulator	0,43	Bereich: 65–120 Wh/kg, also 0,23–0,43 MJ/kg	chem
Zebra-Batterie (Natrium-Nickelchlorid)	0,43	Bereich: 100–120 Wh/kg, also 0,36–0,43 MJ/kg	chem	unklare Einheit
Alkali-Mangan-Batterie	0,45	1,26	125 Wh/kg, also 450 kJ/kg	chem
Druckluft (ohne Tank)	0,46	0,14	a) 138 · 10^6 Ws/m^3 bei 300 kg/m^3 b) Mit Druckbehälter ist die Energiedichte bis 10 Mal geringer	mech	a)b) ohne Ref.
Li-Polymer-Akku	0,54	a) 150 Wh/kg, also 540 kJ/kg b) 130–200 Wh/kg	chem	a) b)
Natrium-Schwefel-Akkumulator	0,45	a) 200 Wh/kg b) 100 – 120 Wh/kg c) theoretisch bis 750 Wh/kg	chem	a) b) c)
Natrium-Ionen-Akkumulator	0,504	0,864	a) 140 Wh/kg also 504 kJ/kg und 240 Wh/L also 864 kJ/L	a)
Li-Ionen-Akku	0,65	0,7–1,8	a) 180 Wh/kg b) 100 Wh/kg c) Bereich: 40–200 Wh/kg, also 150–700 kJ/kg d) >160 Wh/kg	chem	a) b) c) d)
Wasserstoff (inkl. Hydridtank)	1,19	chem, O⁠^o
Zink-Luft-Batterie	1,2	a) 340 Wh/kg, also 1 200 kJ/kg b) dreimal so groß wie Li-Batterie	chem, O	a) b)
Lithium-Luft-Akkumulator	1,6	a) > 450 Wh/kg b) sollte 1 000 Wh/kg erreichen c) > 400 Wh/kg	chem, O	a)b) c)
Zum Vergleich: Kondensationsenthalpie des Wassers	2,26	bei 1013,2 hPa und 100 °C 40,7 kJ/mol	Phasen- übergang
Lithium-Thionylchlorid-Batterie	2,34	650 Wh/kg	chem
Thermit	4,0	18,4	Hochtemperatur-Anwendungen	chem	( ?)
Trinitrotoluol (TNT)	4,6	6,92	1.046 kJ/mol / (227 g/mol). Oxidator ist im Molekül enthalten	chem	TNT-Äquivalent
Aluminium-Luft-Batterie	4,7	a) 1 300 Wh/kg, also 4 700 kJ/kg b) Zukünftiges Ziel: 8 000 Wh/kg = 28 MJ/kg	chem, O	a) b)
Zum Vergleich: stärkste Sprengstoffe	7	Oxidator ist im Molekül enthalten.	siehe Sprengstoff
Müll, Festbrennstoffe (ohne Altreifen, Steinkohle) u. a. m.
Restmüll	8–11	O,⁠^o Hw⁠^w
Braunkohle	11,3	a) Bereich 8,4–11,3 MJ/kg b) 9,1 MJ/kg	O, Hw	a) b)
Wasserstoff (flüssig, gebunden an LOHC)	13,2	10,4	Heizwert ohne Methanol als Trägerstoff auf Basis der maximalen Beladung von 0,11 kgH2 / kgMethanol.	O, Hw
Zucker	16,7	O
Holz (lufttrocken)	16,8	a) Bereich 14,6–16,8 MJ/kg b) 14,7 MJ/kg	O, Hw	a) b)
Stroh und Klärschlamm (trocken)	17	ausgefaulter Klärschlamm hat etwa 11 MJ/kg	O, Hw
Polylactid (PLA)	17,9–19,2	a) 17,9 MJ/kg b) 18,2 MJ/kg c) 19,2 MJ/kg	O, Hw	a) b) c)
Holzpellets und Holzbriketts	18	O, Hw
Braunkohle (Brikett)	19,6	O, Hw
Alkohole, Altreifen, Steinkohle u. a. m.
Methanol	19,7	15,6	O, Hw
Ammoniak (flüssig)	22,5	15,3	−33 °C oder 9 bar	O, Hw
Ethanol	26,7	21,1	O, Hw
Altreifen	29,5	O, Hw
Silicium	32,6	75,9	O
Kohlenstoff	32,8	74,2	O
Steinkohle	34	a) Bereich 27–34 MJ/kg b) 29,3 MJ/kg c) 27,7 MJ/kg, Koks 28,7 MJ/kg, Briketts 31,4 MJ/kg	O, Hw	a) b) c)
Flüssigtreibstoffe (ohne Alkohole)
Benzin und Rohöl	40–42	29–32	Schweröl, Bunkeröl, Rückstandsöl hat ca. 40 MJ/kg	O, Hw
Diesel und Heizöl leicht	42,8–43	35–36	O, Hw
Kerosin	43,1	34,2	Die Spezifikationen einzelner Flugbenzinsorten können abweichen
Propan (flüssig)	46,3	23,4	−42,1 °C oder 8,36 bar	O, Hw
Methan (Hauptbestandteil von Erdgas)	50	0,0317	a) 50 MJ/kg / 35,9 MJ/m^3 b) 55,5 MJ/kg / 39,8 MJ/m^3 c) 31,7 MJ/m^3	O, Hw	a) b) c)
Wasserstoff
Wasserstoff 1 Bar (ohne Tank)	120	0,01079	O, Hw	, ( ?)
Wasserstoff 700 Bar (ohne Tank)	120	5,6	O, Hw	, ( ?)
Wasserstoff flüssig (ohne Tank)	120	10,1	bei 20,324 °K bzw. −252,826 °C	O, Hw	, ( ?)
Zum Vergleich: Atomarer Wasserstoff	216	spontane Reaktion zu molekularem Wasserstoff	chem

Liste der Kernenergien

Diese Tabelle wird separat präsentiert, um auch Einträge mit Zehnerpotenzen korrekt sortieren zu können.

Stoff/System	MJ/kg	MJ/L	Bemerkung	Anm.*	Referenzen
Kernenergie u. a. m.
Radioisotopengenerator	5e^3	elektrisch (60.000 MJ/kg thermisch)	nukl.⁠^N
Kernspaltung Natururan (0,72 % ^235U)	6.48e^5	entspricht 7,5 GWd/t Schwermetall	nukl.
Abbrand (Kerntechnik)	3.802e^6	Wert gemäß dem durchschnittlichen Abbrand von heute ca. 40 GWd/t. Spaltmaterial bis zu 500 GWd/t Schwermetall entspricht 43.200.000 MJ/kg.	nukl.
Zerfall des freien Neutrons	7.46e^7	780 keV (1,250 · 10^−13 J) pro Neutron (1,674 · 10^−27 kg)	nukl.
Kernspaltung ^235U	7.939e^7	1.5e^9	entspricht 1.042 GWd/t Schwermetall	nukl.
Kernspaltung ^232Th	7.942e^7	9.292e^8	nukl.
Kernfusion (auch als Waffe)	3e^8	entspricht 3.472 GWd/t Schwermetall	nukl.
Zum Vergleich: Proton-Proton-Reaktion	6.27e^8	Wichtigste Fusionsreaktion in der Sonne; entspricht 7.256 GWd/t Schwermetall	nukl.
Zum Vergleich: Wandlung Masse in Energie	8.98e^10	entspricht 1.042.000 GWd/t Schwermetall	nukl.	E = mc²

Anmerkungen

• 1 J = 1 Ws
• 1 MJ = 0,2778 kWh
• 1 kWh = 3,6 MJ
• 1 GWd = 24 GWh = 86,4 TJ

Siehe auch

Portal: Energie – Übersicht zu Wikipedia-Inhalten zum Thema Energie

• Tabellen von Heizwerten verschiedener Stoffe

Einzelnachweise

1. Supermagnete. Webcraft GmbH, abgerufen am 22. November 2014 (kommerzielle Herstellerseite). 
2. Klaus Lipinski: Energiedichte. DATACOM Buchverlag GmbH, abgerufen am 22. November 2014. 
3. Klaus Lipinski: Energiedichte. DATACOM Buchverlag GmbH, 23. Oktober 2019, abgerufen am 4. November 2023. 
4. kfz.net - Autobatterie Größen. 9. Oktober 2018 (kfz.net [abgerufen am 25. Februar 2019]). 
5. Reinhard Löser: Informationen rund um die gängigen Akkumulatoren. (Nicht mehr online verfügbar.) BEM / Bundesverband eMobilität e.V., April 2012, archiviert vom Original am 3. Dezember 2014; abgerufen am 23. November 2014.  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.bem-ev.de 
6. Schwungrad und Schwungradspeicher. Energie im Nahverkehr. Energieprofi.com GmbH i.Gr., abgerufen am 23. November 2014. 
7. Rolf Zinniker: (PDF; 151 kB) (Nicht mehr online verfügbar.) 25. August 2003, archiviert vom Original am 28. November 2010; abgerufen am 3. Mai 2011.  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www2.ife.ee.ethz.ch 
8. ZPower Size 312 Rechargeable Battery (XR41) (Datenblatt)
9. NiMH-Akku Bauform AA mit 2300 mAh, 1,2 V, 30 g. (PDF) Energizer, abgerufen am 22. November 2014 (kommerzielle Herstellerseite). 
10. (Nicht mehr online verfügbar.) Centrales Agrar-Rohstoff Marketing- und Energie-Netzwerk e.V., archiviert vom Original am 24. August 2014; abgerufen am 23. November 2014.  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.carmen-ev.de 
11. E.D.T. Atkins, P.W. Atkins, J. de Paula: Physikalische Chemie. John Wiley & Sons, 2013, ISBN 978-3-527-33247-2 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 
12. Mathias Bloch: Neue Energiespeicher: Der Nickel-Zink-Akku. In: elektroniknet.de. 28. Mai 2013, abgerufen am 23. April 2021. 
13. Batteriehersteller FZ Sonick sieht Markt für Zebra-Batterien skeptisch. Heise Zeitschriften Verlag GmbH & Co. KG, 12. April 2010, abgerufen am 23. November 2014. 
14. I. Cyphelly, Ph. Brückmann, W. Menhardt: Techn. Grundlagen der Druckluftspeicherung. (PDF; 1,27 MB) und deren Einsatz als Ersatz für Bleibatterien. Im Auftrag des Bundesamtes für Energie, Bern, September 2004, abgerufen am 23. November 2014 (Seite 37). 
15. Bernard Austin Partridge, Thomas Rhys Jenkins, Michael McGuire: Sodium-sulphur battery cells. In: Patent US3982959. 28. September 1976, abgerufen am 1. August 2022 (englisch). 
16. Batterieforum Deutschland: Natrium-Schwefel-Thermalbatterie - Batterieforum Deutschland. Abgerufen am 15. September 2021. 
17. Golem.de: IT-News für Profis. Abgerufen am 23. April 2023. 
18. Lithium-Ionen-Akkus. Energiedichte. Elektronik-Kompendium.de, abgerufen am 23. November 2014. 
19. Steven J. Visco, Eugene Nimon, Bruce Katz, May-Ying Chu, Lutgard De Jonghe: Lithium/Air Semi-fuel Cells: High Energy Density Batteries Based On Lithium Metal Electrodes. (PDF) 26. August 2009, abgerufen am 21. November 2014 (englisch, Almaden Institute 2009. Scalable Energy Storage: Beyond Lithium Ion). 
20. Hoffnungsträger Feststoffakku: Serienproduktion Gestartet. Chip, abgerufen am 24. November 2018. 
21. (PDF) (Nicht mehr online verfügbar.) Tadiran GmbH, archiviert vom Original am 8. Dezember 2015; abgerufen am 5. Dezember 2015 (kommerzielle Herstellerseite).  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.tadiranbatteries.de 
22. Hans Goldschmidt: Über die Energiedichte des Thermits und einige neue technische Anwendungen der Aluminothermie. In: Angewandte Chemie. Band 15, Nr. 28, 1902, S. 699–702, doi:10.1002/ange.19020152803. 
23. Shaohua Yang, Harold Knickle: Design and analysis of aluminum/air battery system for electric vehicles. In: Journal of Power Sources. Band 112, Nr. 1, 2002, S. 162–173, doi:10.1016/S0378-7753(02)00370-1 (sciencedirect.com). 
24. Thomas Kuther: (Nicht mehr online verfügbar.) emoPraxis, 8. April 2013, archiviert vom Original am 6. März 2015; abgerufen am 23. November 2014.  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.elektromobilitaet-praxis.de 
25. Brennwert / Heizwert. Land Steiermark, abgerufen am 21. November 2014. 
26. Heizwerte der Energieträger und Faktoren für die Umrechnung von natürlichen Einheiten in Energieeinheiten zur Energiebilanz 2020. (PDF) AG Energiebilanzen e.V., abgerufen am 30. August 2022 (Diese Liste bzw. ihre Vorgänger werden u. a. in der Publikation "Energiedaten (BMWi bis 2020)" und "Energiedaten (BMWK seit 2021) als Quelle genannt). 
27. M. Niermann, S. Drünert, M. Kaltschmitt, K. Bonhoff: Liquid organic hydrogen carriers (LOHCs) – techno-economic analysis of LOHCs in a defined process chain. In: Energy & Environmental Science. Band 12, Nr. 1, 2019, ISSN 1754-5692, S. 300, doi:10.1039/C8EE02700E (rsc.org [abgerufen am 29. Mai 2019]). 
28. BMI-Rechner.net
29. (Nicht mehr online verfügbar.) Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg (UM), archiviert vom Original am 2. Dezember 2014; abgerufen am 23. November 2014.  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www4.um.baden-wuerttemberg.de 
30. Josef Rathbauer, Manfred Wörgetter: (PDF) (Nicht mehr online verfügbar.) Bundesanstalt für Landtechnik, 2. August 1999, archiviert vom Original am 23. September 2015; abgerufen am 27. November 2014.  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.blt.bmlfuw.gv.at 
31. Daniel Maga, Markus Hiebel, Stephan Kabasci, Nils Thonemann: Recycling von Biowerkstoffen zur effizienten Kaskadennutzung – Ökologische und sozio-ökonomische Bewertung zur Strategieentwicklung in Richtung hochwertiger Recyclingoptionen – LCA PLA-Recycling. Hrsg.: Forschungsverbund – Nachhaltige Verwertungsstrategien für Produkte und Abfälle aus biobasiserten Kunststoffen (= Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT [Hrsg.]: Fraunhofer Umsicht). Oberhausen März 2018, Seite: 30, doi:10.24406/UMSICHT-N-484636 (fraunhofer.de [PDF; 1,9 MB; abgerufen am 27. August 2022]). 
32. Benedikt Kauertz, Andreas Detzel, Susanne Volz: Ökobilanz von Danone Activia-Verpackungen aus Polystyrol und Polylactid. (Endbericht). Hrsg.: ifeu – Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg. Heidelberg 29. März 2011, Seite: 42 (foodwatch.org [PDF; 3,0 MB; abgerufen am 27. August 2022]). 
33. Hans-Josef Endres, Torsten Schmidt: Potenzialanalyse zum Einsatz von Biokunststoffen in der Region Hannover. (Studie zur Phase 1 des Projekts: Masterplan Stadt und Region Hannover – 100 % für den Klimaschutz). Hrsg.: IfBB – Institut für Biokunststoffe und Bioverbundwerkstoffe – Hochschule Hannover – Fakultät II – Maschinenbau und Bioverfahrenstechnik. Hannover 9. April 2015, Seite: 44 (silo.tips [PDF; 3,3 MB; abgerufen am 27. August 2022]). 
34. Norbert Auner: (PDF; 386 kB) (Nicht mehr online verfügbar.) Deutsche Bank Research, 5. Mai 2004, archiviert vom Original am 27. März 2009; abgerufen am 21. November 2014.  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.dbresearch.com 
35. (Nicht mehr online verfügbar.) Deutscher Wasserstoff- und Brennstoffzellen-Verband e.V. (DWV), Berlin, archiviert vom Original am 9. Mai 2015; abgerufen am 23. November 2014.  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.dwv-info.de 
36. Matthias Kramer: Integratives Umweltmanagement: Systemorientierte Zusammenhänge Zwischen … Springer, 2010, ISBN 978-3-8349-8602-3, S. 534 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 
37. Erich Hahne: Technische Thermodynamik: Einführung und Anwendung. Oldenbourg Verlag, 2010, ISBN 978-3-486-59231-3, S. 406, 408 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 
38. Kerosin. Abgerufen am 28. September 2022. 
39. Eigenschaften von Flüssiggas. Abgerufen am 11. März 2019. 
40. Louis Schlapbach, Andreas Züttel: Hydrogen-storage materials for mobile applications. In: Nature. Nr. 414, 2001, S. 353–358, doi:10.1038/35104634 (nature.com). 
41. Answers To Unanswered Questions. (PDF) 25th Annual Regulatory Information Conference. U.S. Nuclear Regulatory Commission, 12. März 2013, abgerufen am 21. November 2014. 
42. Energy density calculations of nuclear fuel. Whatisnuclear, abgerufen am 10. April 2015.