Unter Energiedichte versteht man das Verhältnis einer im System gespeicherten oder umgesetzten Energiemenge zu einer Bezugsgröße, typischerweise Volumen, Masse oder Fläche. In den Materialwissenschaften ist die Energiedichte eine zentrale Kenngröße zur Bewertung und Auslegung von Energiespeichermaterialien, Funktionswerkstoffen und energiegekoppelten Prozessen (z.B. Laser- oder Elektronenstrahlschmelzen, thermische Prozesse).

Die volumetrische Energiedichte (z.B. Wh/L oder J/mm³) beschreibt die Energiemenge pro Volumen. In der Additiven Fertigung wird häufig eine „volumetrische Energiedichte (VED)“ verwendet, definiert als Verhältnis aus Laserleistung, Scangeschwindigkeit, Schichtdicke und Belichtungsspurabstand. Sie dient als Prozessparameter zur Korrelation von Energieeintrag, Schmelzbadgeometrie, Porosität und resultierenden Mikrostrukturen.

Die gravimetrische Energiedichte (Wh/kg oder J/kg) ist insbesondere für mobile Energiespeicher (Batterien, Wasserstoffspeicher, strukturelle Energiespeicherwerkstoffe) relevant, da sie die speicherbare Energie pro Masse angibt und damit Gewichtseffizienz und Leichtbaupotenzial bestimmt.

Die thermische Energiedichte beschreibt die speicherbare Wärmeenergie pro Volumen oder Masse und hängt von Wärmekapazität, Dichte und nutzbarem Temperaturhub ab. In Phasenwechselmaterialien oder thermochemischen Speichern ist sie eine entscheidende Größe für die Materialauswahl.

Für experimentelle und numerische Studien werden Energiedichten oft mittels I-optimalem Design von Experimenten effizient variiert, um die Einflüsse auf Gefüge, Defekte, mechanische Eigenschaften und Lebensdauer statistisch belastbar zu quantifizieren. Insgesamt erlaubt die Energiedichte eine vergleichende, dimensionsrelevante Bewertung von Werkstoffen und Prozessen hinsichtlich Energieeffizienz, Leistungsfähigkeit und Integrationspotenzial.