Doch letztlich kann man zu jeder physikalischen Größe eine entsprechende Energiedichte definieren. Nach DIN 5485 ist der Ausdruck Energiedichte der dimensionalen, insbesondere volumetrischen Angabe vorbehalten, die spezifische Energie speziell massenbezogen; siehe hierzu „Energie“ und „Bezogene Größe“. Show
Von großem praktischem Interesse ist die Energiedichte bei den in der Technik verwendeten Energiespeichern wie Kraftstoffen und Batterien. Insbesondere im Fahrzeugbau ist die Energiedichte des verwendeten Energiespeichers entscheidend für die erzielbare Reichweite. Energiedichte in der ElektrodynamikEnergiedichte elektromagnetischer WellenAus den Maxwell-Gleichungen kann man schließen, dass die maximale Energieabgabe elektromagnetischer Wellen in einem Stoff proportional zum Quadrat der Feldamplituden ist. Elektrisches und magnetisches Feld tragen gleichermaßen bei: $ w={\frac {1}{2}}\left({\vec {E}}\cdot {\vec {D}}+{\vec {H}}\cdot {\vec {B}}\right) $Energiedichte im PlattenkondensatorDie Energie eines geladenen Plattenkondensators berechnet sich zu Für die Kapazität gilt $ C=\varepsilon _{0}\varepsilon _{r}{\frac {A}{d}}. $Die Spannung U ergibt sich aus E·d. Durch Einsetzen erhält man für die Energie Dies führt auf die Energiedichte $ \rho _{el}={\frac {W}{V}}={\frac {1}{2}}\varepsilon _{0}\varepsilon _{r}E^{2}. $Energiedichte von Energiespeichern und Primärenergieträgern Die Energiedichte von Brennstoffen nennt man Brennwert bzw. Heizwert,[1] die von Batterien Kapazität pro Volumen oder Kapazität pro Masse. Beispielsweise beträgt die Energiedichte eines Lithium-Polymer-Akku 140–180 Wattstunden pro kg Masse (140–180 Wh/kg) und die eines Nickel-Metallhydrid-Akku (NiMH) 80 Wh/kg. Im Vergleich mit anderen Arten der elektrischen Energiespeicherung schneidet der Akkumulator recht günstig ab. Gewünscht ist eine hohe Energiedichte, um Transportkosten für den Energieträger gering zu halten, aber auch, um hohe Betriebsdauern mobiler Geräte bzw. hohe Reichweiten von Fahrzeugen zu erzielen. Beispielsweise kann ein Modellhubschrauber mit einer Zuladung von 80 Gramm 5 Minuten lang fliegen, wenn er seine Energie aus einem NiMH-Akku bezieht. Mit einem Lithium-Polymer-Akku der gleichen Masse bleibt er doppelt so lange in der Luft. BeispieleDieser Artikel oder nachfolgende Abschnitt ist nicht hinreichend mit Belegen (beispielsweise Einzelnachweisen) ausgestattet. Die fraglichen Angaben werden daher möglicherweise demnächst entfernt. Bitte hilf der Wikipedia, indem du die Angaben recherchierst und gute Belege einfügst. Näheres ist eventuell auf der Diskussionsseite oder in der Versionsgeschichte angegeben. Bitte entferne zuletzt diese Warnmarkierung.Stoff/SystemEnergiedichte in MJ/kgBemerkungEnergiedichte in MJ/LElektrolytkondensator0,00005= 50 J/kgDoppelschicht-Kondensator0,02komprimierte Luft0,04bei 200 bar in Stahlflasche0,1Adenosintriphosphat (ATP)0,0643Energiespeicher in biologischen ZellenSchwungradspeicherung0,18Bereich: 0,03–0,18 MJ/kg,[2] theoretisches Maximum: 0,8 (Material CFRP)[3]Bleiakkumulator0,11NiCd-Akku0,14[4]Kohle-Zink-Batterie0,23[4]Li-Titanat-Akku0,32Bereich 0,25–0,32 MJ/kgNiMH-Akku0,36[5]0,36Zebra-Batterie0,43Bereich 0,36–0,43 MJ/kgAlkali-Mangan-Batterie0,45[4]Li-Ionen-Akku0,5Bereich: 0,36–0,5 MJ/kg,[4] letztere Zahl siehe: AkkumulatorLi-Polymer-Akku0,54[4]Lithiumbatterie0,9Lithium/Eisendisulfid (Li/FeS2)Lithium-Schwefel-Akku1,3Bereich 1,3–1,8 MJ/kg[6]Lithium-Luft-Batterie[7]3,6Oxidator ist Luft und bleibt bei der Bezugsmasse unberücksichtigt.Zink-Luft-Batterie[4]1,2Wasserstoff (inkl. Hydridtank)1,19Wasserstoff 1 Bar (ohne Tank)142[8]0,01079Wasserstoff 700 Bar (ohne Tank)5,6Wasserstoff Flüssig (ohne Tank)10,1Atomarer Wasserstoff216spontane Reaktion zu molekularem WasserstoffVerdampfungswärme des Wassers2,25664bei 1013,2 hPa und 100 °CThermit4,018,4Trinitrotoluol4,0Oxidator ist im Molekül enthalten.6,92Teflon5,1Oxidator ist Luft und bleibt bei der Bezugsmasse unberücksichtigt.11,2Eisen5,240,68Zink5,338stärkste Sprengstoffe7Oxidator ist im Molekül enthalten.Calcium15,9Oxidator ist Luft und bleibt bei der Bezugsmasse unberücksichtigt.24,6Traubenzucker1726,2PVC1825,2mitteleuropäische Nutzhölzer18–19[9][10] Oxidator ist Luft und bleibt bei der Bezugsmasse unberücksichtigt.1,8–3,2Methanol19,715,6Magnesium24,743Polyester2635,6Ethanol26,824Braunkohle (Brikett)20–28Steinkohle (Brikett)[10]3072,4Aluminium3183,8Silicium32,6[11]75,9[12]Kohlenstoff32,8[13]74,2[14]Erdgas (Brennwert)36–50Butanol3629,2Pflanzenöl3733Kerosin4033Polystyrol41,443,5Benzin4334,6Lithium43,123Dieselkraftstoff45,438,7Flüssiggas (Brennwert)4625,3-27,7Polypropylen46,341,7Polyethylen46,342,6Bor58,9137,8Lithiumborhydrid65,243,4Beryllium67,7125,1Radioisotopengenerator5.000elektrisch (60.000 MJ/kg thermisch)Abbrand (Kerntechnik)3.801.600gemäß dem durchschnittlichen Abbrand von heute 44 GWd/t Spaltmaterial[15] bis zu 500 GWd/t SM entspricht 43.200.000 MJ/kg.Kernspaltung Natururan (0,72 % 235U)648.000entspricht 7,500 GWd/t SMKernspaltung 235U90.000.000entspricht 1.042 GWd/t SM1.500.000.000Kernfusion (Kernwaffe, Kernfusionsreaktor)300.000.000entspricht 3.472 GWd/t SMProton-Proton-Reaktion627.000.000Wichtigste Fusionsreaktion in der Sonne; entspricht 7.256 GWd/t SMUmwandlung von Masse in Energie90.000.000.000entspricht 1.041.670 GWd/t SM1 J = 1 Ws; 1 MJ = 0,2778 kWh; 1 kWh = 3,6 MJ Weitere Energiedichten
Siehe auch
Einzelnachweise
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Was ist die Energiedichte bei Akkus?
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