熱電池是一種用于儲存和釋放熱能的物理結構——另見熱能儲存。這種熱電池（又名TBat）允許暫時存儲一次可用的能量，然后在另一時間釋放。熱電池中涉及的基本原理發生在物質的原子水平上，能量被添加到固體物質或液體體積中或從固體物質或液體體積中獲取，從而導致物質的溫度發生變化。一些熱電池還涉及使物質通過相變進行熱轉變，由于δ熔化焓或δ汽化焓導致更多的能量被存儲和釋放。

熱電池很常見，包括熱水瓶等熟悉的物品。熱電池的早期例子包括石爐和泥爐、放在火中的巖石和窯。雖然爐灶和窯爐是烤箱，但它們也是蓄熱系統，需要長時間保持熱量。

熱電池一般分為4類，形式和應用各不相同，但基本上都是用于熱能的存儲和回收。它們的儲熱方法和密度也不同。

用于儲熱的相變材料能夠在它們相變的溫度下儲存和釋放顯著的熱容量。這些材料是根據特定應用選擇的，因為在不同的應用中可能有用的溫度范圍很廣，并且在不同溫度下會發生相變的材料范圍很廣。這些材料包括專門為它們所服務的應用而設計的鹽和蠟。除了人造材料，水也是一種相變材料。水的潛熱為334焦耳/克。水的相變發生在0°C(32°F)。一些應用使用水或冰的熱容量作為冷庫；其他人將其用作儲熱器。它可以服務于任一應用程序；冰可以融化以儲存熱量，然后重新冷凍以加熱低于冰點的環境（在這樣的環境中將液態水置于0°C時，它比相同溫度下的相同質量的冰更溫暖，因為冷凍的潛熱從中提取，這就是相變相關的原因），或者可以將水冷凍以儲存冷量，然后融化以使高于冰點的環境更冷（同樣，0°C的給定質量的冰將提供比相同溫度下相同質量的水）。以這種方式使用相變的優點是給定質量的材料可以吸收大量能量而不會改變其溫度。因此，使用相變的熱電池可以做得更輕，或者可以將更多的能量投入其中，而不會使內部溫度升高到不可接受的程度。

封裝熱電池在物理上類似于相變熱電池，因為它是有限量的物理材料，可通過熱加熱或冷卻來存儲或提取能量。然而，在非相變封裝的熱電池中，物質的溫度發生變化而不引起相變。由于不需要相變，因此更多的材料可用于封裝的熱電池。封裝熱電池的關鍵特性之一是其體積熱容量(VHC)，也稱為體積比熱容量。用于這些熱電池的典型物質包括水、混凝土和濕沙。封裝熱電池的一個例子是帶有儲水箱的住宅熱水器。這種熱電池通常在大約30-60分鐘的時間內緩慢充電，以便在需要時快速使用（例如，10-15分鐘）。許多公用事業公司，了解熱水器的熱電池性質，已經開始使用它們來吸收多余的可再生能源電力，以供房主以后使用。根據上面引用的文章，整個電力系統的凈節省可能是每個加熱器每年200美元——其中一些可能會轉嫁給它的所有者。芬蘭已經開展了使用沙子作為儲熱介質的研究，在那里建造了一個原型沙子電池，將可再生太陽能和風能儲存為熱能，供以后用作區域供熱，并可能在以后發電。

地面熱交換器(GHEX)是地球上用作季節性/年度循環熱電池的區域。這些熱電池是地球上放置管道以傳遞熱能的區域；它們是未封裝的，因為目標區域與周圍地球的其余部分沒有絕緣。通過使溫度更高的流體流經管道，從而提高當地地球的溫度，從而為GHEX添加能量。也可以通過使低溫流體通過這些相同的管道從GHEX中獲取能量。GHEX熱電池通常以兩種形式實現。上圖描繪了所謂的水平GHEX，其中挖溝用于將一定數量的管道放置在地下的閉環中。它們也是通過在地面上垂直或水平鉆孔形成的，然后將管道以閉環的形式插入，在環的遠端有一個U形彎管接頭。這些鉆孔的GHEX熱電池有時也被稱為鉆孔熱能存儲系統。可以在任何時間點向GHEX熱電池添加或移除熱能。然而，它們最常被用作季節性熱能儲存器，每年循環運行，在夏季從建筑物中提取能量以冷卻建筑物并添加到GHEX，然后從GHEX中提取相同的能量在冬季為建筑物供暖。基于所服務建筑物的能源模型，這種能源加減的年度周期是高度可預測的。在這種模式下使用的熱電池是一種可再生能源，因為在冬季提取的能量將在明年夏天以不斷重復的循環方式恢復到GHEX。這種類型是太陽能供電的，因為它是夏季來自太陽的熱量從建筑物中取出并儲存在地下供下一個冬季供暖使用。有兩種主要的熱響應測試方法用于表征GHEX熱電池的熱導率和熱容量/擴散率——對數時間一維曲線擬合和新發布的高級熱響應測試。在ASHRAE大樓研究中可以看到GHEX熱電池的年度循環特性的一個很好的例子。正如其中按日期劃分的地環和環境空氣溫度圖人們可以很容易地看到地溫的年循環正弦曲線形狀，因為熱量在冬季從地面季節性地提取，并在夏季，在一個季節產生地熱電荷，該熱電荷不會不帶電，并將另一個方向從中性驅動到稍后的季節。其他更先進的利用井眼熱模式的地基熱電池目前正在研究和早期使用中。