能量密度

能量密度是每单位体积存储在给定系统或空间区域中的能量数量。它也可以用于单位质量的能量，尽管它的即时术语是比能量（或重量能量密度）。通常，仅测量有用或可提取的能量，也就是说，无法访问的能量（例如剩余质量能量）会被忽略。然而，在宇宙学和其他一般相对论的情况下，所考虑的能量密度是与应力-能量张量的元素相对应的那些能量密度因此，它确实包括质量能以及与下一段所述的压力相关的能量密度。

每单位体积的能量具有与压力相同的物理单位，并且在许多情况下是同义词：例如，磁场的能量密度可以表示为（并表现为）物理压力，而压缩磁场所需的能量可以通过将气压和外部压力之间的差乘以体积变化来确定更多压缩气体。简而言之，压力是系统每单位体积焓的量度。压力梯度必须执行的潜在工作由直至达到平衡转换焓工作，对周围环境。

材料中存储着不同类型的能量，并且需要特殊的反应类型才能释放每种能量。按照释放的能量的典型大小顺序，这些类型的反应是：核反应、化学反应、电化学反应和电反应。

核反应发生在恒星和核电厂中，它们都从核的结合能中获取能量。动物使用化学反应从食物中获取能量，汽车使用化学反应从汽油中获取能量。当今，液态碳氢化合物（汽油、柴油和煤油等燃料）是最经济地大规模存储和运输化学能的最密集的方式（1千克柴油燃料燃烧约15千克空气中的氧气）。大多数便携式设备（例如笔记本电脑和移动电话）都使用电化学反应来释放电池中的能量。

有几种不同类型的能量含量。一个是在给定的环境温度和压力下，可以从系统得出的理论热力学功总量。这就是所谓的火用。另一个是理论上的功，可以从最初在室温和大气压下的反应物得出。这是由标准吉布斯自由能的变化给出的。但是作为热源或用于热力发动机时，相关的量是标准焓的变化或燃烧热。

燃烧热有两种：

• 较高的值（HHV）或燃烧的总热量包括当产品冷却至室温时所释放的所有热量，以及存在的任何水蒸气冷凝。
• 较低的值（LHV）或燃烧的净热不包括冷凝水蒸气可能释放的热量，也可能不包括冷却至室温时释放的热量。

在参考文献中可以找到一些燃料的HHV和LHV的便捷表格。

在能量存储应用程序的能量密度涉及的能量在能量存储到所述存储设备的体积，例如，在燃料箱中。燃料的能量密度越高，在相同的体积下可以存储或运输的能量越多。每单位质量燃料的能量密度称为该燃料的比能。通常，由于效率低下和热力学考虑，使用该燃料的发动机将产生较少的动能，因此，发动机的比燃料消耗将始终大于其运动动能的产生率。

能量密度不同于能量转换效率（每个输入的净输出）或具体化的能量（作为收获、提炼、分配和处理污染所提供的能量输出成本，全部使用能量）。大规模，密集的能源使用会受到气候，废物存储和环境后果的影响。

没有任何一种储能方法在比功率，比能量和能量密度方面拥有最佳的优势。Peukert定律描述了（对于铅酸电池）可获得的有用能量的数量如何取决于其被拉出的速度。为了使比能和能量密度最大化，可以通过将两个值相乘来计算物质的比能密度，数值越大，物质有效存储能量的能力越强。

讨论了用于能量存储的替代选项，以增加能量密度并减少充电时间。