Hiện tại, hệ thống lưu trữ nhiệt năng sử dụng loại nguyên liệu lưu trữ được ít năng lượng/kg, do đó đòi hỏi phải có nhiều nguyên liệu với chi phí lớn để đáp ứng nhu cầu lưu trữ năng lượng.

Các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne của Bộ năng lượng Hoa Kỳ (DOE) đã thiết kế một hệ thống lưu trữ nhiệt năng rẻ tiền, có kích thước nhỏ hơn đáng kể và có khả năng lưu trữ gấp 20 lần so với các hệ thống nhiệt hiện tại.

Với nguồn tài trợ từ Sáng kiến SunShot của Bộ năng lượng Hoa Kỳ, nhóm Argonne đang xây dựng một nguyên mẫu thử nghiệm hệ thống lưu trữ nhiệt ẩn hiệu quả cao. Sáng kiến SunShot là hình thức hợp tác quốc gia để giúp năng lượng mặt trời (hiện không được trợ giá) trở nên cạnh trạnh với các hình thức sản xuất điện khác đến năm 2020.

Hệ thống lưu trữ nhiệt năng Argonne dựa trên vật liệu "chuyển pha" tan ra khi nó lưu trữ năng lượng nhiệt và giải phóng năng lượng khi nó bị đóng băng lại - tương tự như chu kỳ nạp-xả trong pin.

Các muối rẻ tiền như muối natri clorua có thể được sử dụng làm vật liệu chuyển pha. Tuy nhiên, việc sử dụng chúng trong các hệ thống lưu trữ nhiệt hiện tại còn hạn chế bởi tính dẫn nhiệt kém của muối.

Tuy nhiên, hệ thống Argonne LHTES cải thiện đáng kể tính dẫn điện của muối bằng cách kết hợp các muối này với xốp graphit cách nhiệt cao. Sự kết hợp này làm giảm tổng lượng vật liệu cần thiết để xây dựng các hệ thống và chi phí vật liệu, trong khi nhiệt năng chuyển đổi hiệu quả hơn đáng kể và vẫn cung cấp đến 8-12 giờ lưu trữ năng lượng - một đêm lưu trữ điển hình cho một nhà máy năng lượng mặt trời tập trung.

"Các vật liệu chuyển pha có xu hướng có độ dẫn điện thấp nhưng vẫn đáp ứng các yêu cầu về lưu trữ nhiệt năng," Dileep Singh, trưởng nhóm công nghệ nhiệt-Cơ Argonne cho biết. "Miếng bọt graphit dẫn điện cao đáp ứng các yêu cầu về độ dẫn điện, vì vậy chúng tôi nghĩ: tại sao không kết hợp cả hai".

Bọt graphit xốp bẫy muối trong những kẽ rỗng, tạo điều kiện tan chảy và đóng băng nhanh. Nhóm nghiên cứu đã chứng minh rằng sự thay đổi giai đoạn nhanh chóng này xảy ra theo thời gian. Sau khi xây dựng và thử nghiệm một nguyên mẫu ban đầu về kích thước của một máy khuấy trộn, nhóm nghiên cứu hiện đang mở rộng quy mô kích thước nguyên mẫu lên 50 lần.

Mặc dù vẫn còn nhỏ hơn so với một hệ thống nhà máy điện hoàn chỉnh, tuy nhiên quy mô thí điểm hệ thống mô-đun sẽ được thử nghiệm vào mùa thu này và có thể mở rộng các ứng dụng, chẳng hạn như cung cấp điện dự phòng cho một lưới điện nhỏ hoặc lưu trữ nhiệt thải ra từ một nguồn năng lượng khác. Hệ thống thí điểm cũng sẽ cải thiện hơn nữa mô hình nhiệt 3-D để ước lượng hiệu quả và có kế hoạch thiết kế một hệ thống toàn diện.

Thiết kế quy mô đầy đủ dự kiến sẽ đáp ứng nhu cầu của các nhà máy điện hiện chạy tua bin hơi nước ở nhiệt độ 450-600oC (850-1.100oF) sử dụng magiê clorua làm vật liệu lưu trữ. Khi tuabin khí CO2 tiên tiến đi vào hoạt động (tuabin này vốn hiệu quả hơn so với các tuabin hơi nước nhưng hoạt động ở nhiệt độ cao hơn 700oC (1.300 oF), thiết kế tương tự có thể được sử dụng với natri clorua.