Довгий час наявність відповідної системи зберігання водню була однією з найбільших перешкод широкомасштабному використанню водню, особливо у транспортному секторі. Проблеми стримування водню походять від його фізичних та хімічних характеристик, оскільки, хоча водень є паливом, яке має високу щільність енергії на одиницю маси, воно має дуже низьку об'ємну густину енергії як у рідкому, так і в газоподібному станах. Крім того, водень має велику дифузійність і проникність, що робить його здатним дифундувати навіть через тверді речовини, що тягне за собою як втрату накопиченого палива, що викидається в атмосферу, так і можливе крихкість металів, що використовуються для утримання елемента, сталі наприклад.
Порівняно з іншими видами палива, водень вимагає більших резервуарів, щоб зберігати однакову кількість енергії. Через низьку щільність водню його зберігання завжди вимагає великих обсягів і пов'язане з високим тиском, з дуже низькими температурами та/або в поєднанні з іншими матеріалами (набагато важче самого водню).
Найпоширеніший спосіб зберігання водню - у резервуарах високого тиску. Типовий тиск при зберіганні складає 200 бар, 350 бар (стандартний рік тому для цистерн, встановлених на транспортних засобах) та 700 бар, що в даний час є стандартом, що використовується в автомобільній промисловості. У лабораторіях загазовані гази, такі як азот або кисень, зазвичай зберігаються в кулях або сталевих балонах, однак такі типи резервуарів не є практичними для більшості застосувань водню, оскільки вони дуже важкі. З цієї причини легкі танки були розроблені на основі композитних матеріалів, таких як ті, що встановлені на Toyota Mirai, які мають три шари. Внутрішній шар з пластичного полімеру на основі нейлону з низькою водопроникністю. Проміжний шар епоксидної смоли з вуглецевим волокном, який надає структурну жорсткість резервуару. І нарешті, зовнішня оболонка з композитного матеріалу на основі склопластику для захисту резервуара від можливих потертостей. Таким чином, використовуючи композиційні матеріали, можна значно зменшити вагу цистерн, що транспортуються.
Toyota Mirai резервуар для водню високого тиску
| Тиск (МПа) | 0,101325 | 200 | 350 | 700 |
| Об'єм (L) | 11934 | 68.4 | 42,7 | 25.7 |
Таблиця 1: Об’єм, необхідний для зберігання 1 кг водню при температурі 20 ° C, як функція тиску.
Інший варіант - зберігати водень у рідкому стані, однак, щоб водень перебував у кріогенному стані, необхідно підтримувати температуру -253ºC. Отже, для зрідження водню необхідна певна кількість енергії для зниження температури до 20,3 К вище абсолютного нуля, крім того, для підтримки такої низької температури також потрібні сильно ізольовані резервуари. Це спосіб зберігання відносно великої кількості водню. Однак, використовуючи цей метод, водень не може зберігатися протягом тривалого періоду часу через витрати на утримання водню в рідкому стані та втрати, які можуть виникнути. BMW розробив і використовував технологію рідкого водню в прототипах, в яких використовував невеликі резервуари.
Третій варіант, який в даний час є одним із найменш використовуваних, але тим не менш одним з найбільш вивчених, є зберігання водню у формі гідридів металів. Різні метали та сплави, такі як магній, титан, залізо, марганець, нікель або хром, утворюють гідриди металів у присутності водню. Атоми Гідрогену упаковані в металеву структуру, таким чином можна досягти більш високої щільності зберігання водню, ніж із стисненим воднем. Подібно до того, що сталося зі сталевими балонами, проблема такого типу зберігання полягає в тому, що метали самі по собі дуже важкі, що може зважувати різні сфери застосування, вага яких є визначальним фактором. Для вивільнення водню з гідридів металів для використання потрібне тепло, насправді відпрацьованого тепла, що генерується самим паливною елементом, достатньо для вивільнення водню з низькотемпературної металевої гідридної решітки. Хоча, він не виходить миттєво.
На сьогоднішній день було досягнуто рішення щодо зберігання водню, яке, здається, є достатньо хорошим, щоб бути придатним для продажу, принаймні в автомобільному секторі. Тобто ємності, виготовлені з різних шарів композиційних матеріалів, що дозволяють безпечно зберігати водень під тиском. Однак існує велика кількість напрямків досліджень щодо зберігання водню, оскільки, хоча перше рішення проблеми було досягнуто, воно може бути не найкращим чи найдешевшим. Крім того, для інших видів використання, крім автомобілебудування, можливо, що використання кріогенного водню, наприклад, космічних застосувань або у формі гідридів металів представляє більшу корисність, ніж стиснений водень.