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能量密度是指在一定的空间或质量物质中储存能量的大小，如果是按质量来判定一般被称为比能，以比能MJ/kg为单位的情况下，煤只有24–35，天然气为53.6，汽油和柴油分别为46.4和45.6，电池中，比较落后的铅酸电池只有0.17，比较先进的，锂离子电池能达到0.8，锂金属电池能达到1.8，和化石燃料有很大的差距。

锂电池系统属于封闭系统，由于受制于锂元素特性，提升空间已经不大了，未来如果要提升锂电池的能量密度，需依靠全固态电池技术的突破，但其能量密度上限也不高。燃料电池可能的能量密度的上限倒是很高，燃料电池的能量密度实际上取决于储存氢气的多少，这个储存能力还有提高的空间，而氢气的比能可是很高（141.86MJ/kg），不过燃料电池更像是内燃机那样的能量转化装置而非储能装置，先不放入比较。

而近些年被提出的锂空气电池，利用锂作为负极，以空气中的氧气作为正极反应物，利用氧化反应产生的能量发电，由于其阴极（以多孔碳为主）很轻，加上可以直接从环境中获取氧气，其能量密度的潜力很高，理论上可以达到43.2 MJ / kg，甚至接近汽油的水平。毕竟对于化石燃料来说，在地球大气中，它们也不需要携带氧化剂（在这种情况下为氧气），因为在大气中可以自由获取。就能量密度这方面，这是压倒性的优势，而锂空气电池同样可以获得这一优势。只是可惜锂空气电池仍在开发阶段，一切都是理论上的可能。

不过也电池也有自身的优势，拿汽车来说，汽油和柴油在内燃机中的效率非常低，通常只提供25％的能量含量作为有用功率，其余的则作为废热而损失掉，而以电动汽车能以大概90％的效率运行，而且汽油烧掉就没了，电池还能充电，尤其是可以利用可再生能源充电。