Energie ist eine zentrale Größe zur Beschreibung und Gestaltung von Werkstoffen und ihrer Funktion in Energiewandlungs- und -speichersystemen. In der Werkstofftechnik wird Energie nicht nur als makroskopische Größe (z.B. elektrische, thermische oder mechanische Energie), sondern vor allem über energetische Zustandsgrößen auf atomarer und mesoskopischer Ebene beschrieben.

Wesentliche Konzepte sind innere Energie, freie Enthalpie und Oberflächen- bzw. interfasiale Energien. Sie bestimmen Phasengleichgewichte, Diffusionsprozesse, Keimbildung, Korngrenzenstabilität und mechanische Versagensmechanismen. So steuern freie Energieunterschiede z.B. Ausscheidungshärtung oder Umwandlungshärtung, während interfasiale Energien Morphologie und Stabilität von Phasen und Beschichtungen kontrollieren.

Im Kontext erneuerbarer und nachhaltiger Energiesysteme entstehen spezielle Energiematerialien, etwa Elektrodenmaterialien für Batterien, Katalysatoren für Elektrolyseure oder Halbleiter für Photovoltaik. Für diese Materialien steht die effiziente Umwandlung von Strahlungs-, chemischer oder elektrischer Energie im Vordergrund, was hohe Anforderungen an elektronische Struktur, Defektchemie, Ionentransport und thermische Stabilität stellt.

Werkstoffe der Energietechnik werden somit gezielt über energetische Kenngrößen (Bandlückenenergie, Aktivierungsenergien, Bindungsenergien, Oberflächenenergien) entworfen und optimiert. Die präzise Beschreibung verschiedener Energien auf allen Skalen ist daher grundlegend für den Übergang zu erneuerbaren Energien, für Elektromobilität und für energieeffiziente Versorgungssysteme.