飞轮储能系统性能可以通过提高飞轮转速而大幅提升。复合材料具有高强度、低密度和剪裁灵活等特点，被广泛应用于高转速飞轮储能系统。通过优化飞轮复合材料层数、顺序、相对厚度等，可以有效地提升飞轮储能容量。

飞轮比能量的表达式为：

式中为总能量；为飞轮质量；为极限强度；为材料密度；为形状因子。相对于各向同性的材料，复合材料具有更高的比能量。例如碳钢、铝合金、钛合金以及马氏体钢的比能量分别为12瓦时/千克、46瓦时/千克、63瓦时/千克和66瓦时/千克；单向玻璃纤维、芳纶以及石墨强化塑料的比能量分别为180瓦时/千克、230瓦时/千克和240瓦时/千克。因此，理论上复合材料具有更高的比能量。