Lưu trữ hidro

Phương pháp của lưu trữ hydro cho việc sử dụng tiếp theo nhiều cách tiếp cận bao gồm áp suất cao, chất làm lạnh, và các hợp chất hóa học mà phát lại đảo ngược H₂ khi sưởi ấm. Lưu trữ hydrogi ngầm dưới lòng rất hữu ích để cung cấp lưới điện năng lượng cho nguồn năng lượng liên tục, như gió điện, cũng như cung cấp nhiên liệu cho vận chuyển, đặc biệt cho tàu và máy bay.
Hầu hết các nghiên cứu về lưu trữ hydro đều tập trung vào việc lưu trữ hydro như một chiếc nhẹ chất mang năng lượng ứng dụng di động.
Hydro lỏng hoặc thủy điện có thể được sử dụng, như trong Tàu con thoi. Tuy nhiên, hydro lỏng đòi hỏi phải lưu trữ đông lạnh và sôi khoảng 20.268 Kelvin (−252.882 °C hoặc −423.188 °F). Do đó, hóa lỏng gây ra tổn thất năng lượng lớn (vì cần năng lượng để làm mát nó xuống nhiệt độ đó). Các bể cũng phải được cách nhiệt tốt để ngăn chặn đun sôi nhưng thêm cách nhiệt làm tăng chi phí. Hydro lỏng có ít mật độ năng lượng theo thể tích so với nhiên liệu hydrocacbon như xăng khoảng bốn lần. Điều này nhấn mạnh vấn đề mật độ đối với hydro tinh khiết: thực sự có thêm khoảng 64% hydro trong một lít xăng (116 gam hydro) hơn là trong một lít hydro lỏng tinh khiết (71 gam hydro). Cacbon trong xăng cũng góp phần tạo ra năng lượng đốt cháy.
Hydro nén, bằng cách so sánh, được lưu trữ khá khác nhau.  Khí hydro có mật độ năng lượng theo trọng lượng tốt, nhưng mật độ năng lượng kém theo thể tích so với hydrocacbon, do đó cần một bể lớn hơn để lưu trữ.  Một bể hydro lớn sẽ nặng hơn bể hydrocacbon nhỏ được sử dụng để lưu trữ cùng một năng lượng, tất cả các yếu tố khác đều bằng nhau.  Tăng áp suất khí sẽ cải thiện mật độ năng lượng theo thể tích, làm cho các thùng chứa nhỏ hơn, nhưng không nhẹ hơn (xem bình hydro). Hydro nén được ước tính tiêu tốn khoảng 2,1% hàm lượng năng lượng để cung cấp năng lượng cho máy nén cho một cơ sở ngầm quy mô lớn như hang động hoặc tầng chứa nước từ 1 đến 200 quán ba.  Nén cao hơn mà không có phục hồi năng lượng sẽ có nghĩa là mất nhiều năng lượng hơn cho bước nén.  Lưu trữ hydro nén có thể thể hiện rất thấp thẩm thấu.

Hydro nén

Hydro nén là một hình thức lưu trữ trong đó khí hydro được giữ dưới áp lực để tăng mật độ lưu trữ.  Hydro nén trong bể hydro ở 350 quán ba (5.000 pao mỗi ô vuông) và 700 quán ba (10.000 pao mỗi ô vuông) được sử dụng cho các hệ thống bể hydro trong xe, dựa trên công nghệ tổng hợp carbon loại IV (4). Các nhà sản xuất ô tô đã và đang phát triển giải pháp này, chẳng hạn như Honda hay Nissan.

Hydro lỏng

Động cơ Bavaria hoạt động đã làm việc trên xe tăng hydro lỏng cho xe hơi, ví dụ như sản xuất Động cơ Bavaria hoạt động Hydro 7. Nhật Bản có kho chứa hydro lỏng (LH2) tại cảng tàu chở dầu ở Kobe và dự kiến ​​sẽ nhận lô hàng hydro lỏng đầu tiên thông qua tàu sân bay LH2 vào năm 2020.
Hydro được hóa lỏng bằng cách giảm nhiệt độ xuống -253 °C, tương tự như khí tự nhiên hóa lỏng (LNG) được lưu trữ ở -162 °C.  Có thể đạt được mức giảm hiệu quả tiềm năng 12,79%, hoặc 4,26 Kilôwatt/kg trong số 33,3 Kilôwatt/kg.

Đề xuất và nghiên cứu

Công nghệ lưu trữ hydro có thể được chia thành lưu trữ vật lý, nơi lưu trữ các phân tử hydro (bao gồm lưu trữ hydro tinh khiết thông qua nén và hóa lỏng) và lưu trữ hóa học, nơi lưu trữ hydrua.

Kho hóa chất

Lưu trữ hóa chất có thể cung cấp hiệu suất lưu trữ cao do liên kết mạnh mẽ của hydro và mật độ lưu trữ cao.  Tuy nhiên, việc tái tạo vật liệu lưu trữ vẫn là một vấn đề.  Một số lượng lớn các hệ thống lưu trữ hóa chất đang được điều tra, bao gồm các phản ứng thủy phân, hydro hóa / phản ứng khử hydro, ammonia borane và hydrat boron, amoniac và Nhôm hydrua vân vân.
Lưu trữ trong hydrocarbon cũng có thể thành công trong việc khắc phục vấn đề với mật độ thấp.  Ví dụ, hydro siêu tới hạn ở 30 °C và 500 quán ba chỉ có mật độ 15.0 mol/L trong khi methanol có mật độ 49.5 mol H₂/L metanol và bão hòa kể cả khí không sắc và mùi tại 30 °C và 7 quán ba có mật độ 42.1 mol H₂/L kể cả khí không sắc và mùi. Những chất lỏng này sẽ sử dụng bể chứa nhỏ hơn, rẻ hơn, an toàn hơn nhiều. Phương pháp hóa học hứa hẹn nhất là lưu trữ hydro điện hóa, vì sự giải phóng hydro có thể được kiểm soát bằng điện ứng dụng. có thể được sử dụng trực tiếp để lưu trữ hydro điện hóa.

Kim loại hydrua

Kim loại hiđrua, chẳng hạn như MgH₂NaAlH₄LiAlH₄LiHLaNi₅H₆, 
TiFeH₂ và hydrat paladi, với mức độ hiệu quả khác nhau, có thể được sử dụng làm phương tiện lưu trữ cho hydro, thường có thể đảo ngược.
Một số là chất lỏng dễ nhiên liệu ở nhiệt độ và áp suất xung quanh, trong khi một số khác là chất rắn có thể biến thành dạng viên.  Những vật liệu này có mật độ năng lượng tốt, mặc dù năng lượng cụ thể của chúng thường kém hơn so với nhiên liệu hydrocacbon hàng đầu.
Hầu hết các hydrua kim loại liên kết với hydro rất mạnh.  Kết quả là, nhiệt độ cao xung quanh 120 °C (248 °F) – 200 °C (392 °F) được yêu cầu để giải phóng nội dung hydro của họ. Chi phí năng lượng này có thể được giảm bằng cách sử dụng các hợp kim bao gồm một hydrat mạnh trước đây và một hợp kim yếu như trong 
LiNH₂LiBH₄ và
NaBH₄. Chúng có thể hình thành các liên kết yếu hơn, do đó đòi hỏi đầu vào ít hơn để giải phóng hydro được lưu trữ.  Tuy nhiên, nếu tương tác quá yếu, áp lực cần thiết cho việc bù nước là cao, do đó loại bỏ bất kỳ sự tiết kiệm năng lượng nào.  Mục tiêu cho các hệ thống nhiên liệu hydro trên tàu là khoảng <100 °C để phát hành và <700 quán ba để nạp tiền (20–60 kJ/mol H₂).
Một phương pháp khác để giảm nhiệt độ phân ly là pha tạp với chất kích hoạt.  Điều này đã được sử dụng thành công cho nhôm hydrua nhưng sự tổng hợp phức tạp của nó làm cho nó không mong muốn đối với hầu hết các ứng dụng vì nó không dễ dàng được sạc lại bằng hydro.
Hiện tại các hydrua duy nhất có khả năng đạt được mục tiêu trọng lượng 9 cân nặng% trọng lượng cho năm 2015 (xem biểu đồ ở trên) được giới hạn ở các hợp chất dựa trên lithium, boron và nhôm; ít nhất một trong các phần tử hàng thứ hai hoặc Al phải được thêm vào.  Nghiên cứu đang được thực hiện để xác định các hợp chất mới có thể được sử dụng để đáp ứng các yêu cầu này.
Các hydrua được đề xuất để sử dụng trong nền kinh tế hydro bao gồm các hydrua đơn giản của magiê hydrua hoặc kim loại chuyển tiếp và hydride kim loại phức tạp, thường chứa natri, lithium hoặc canxi và nhôm hoặc boron. Hydrides được chọn cho các ứng dụng lưu trữ cung cấp độ phản ứng thấp (độ an toàn cao) và mật độ lưu trữ hydro cao.Các ứng cử viên hàng đầu là lithium hydride, natri borohydride, lithium nhôm hydride và ammonia borane.  Một công ty McPhy Energy của Pháp đang phát triển sản phẩm công nghiệp đầu tiên, dựa trên magiê hydride, đã được bán cho một số khách hàng lớn như Iwatani và ENEL.
Nhà khoa học mới đã báo cáo rằng Đại học bang Arizona đang điều tra bằng cách sử dụng giải pháp Natri bohiđrua để lưu trữ hydro, được giải phóng khi dung dịch chảy qua chất xúc tác làm từ ruthenium. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Pittsburgh và Georgia Tech thực hiện mô phỏng điểm chuẩn rộng trên hỗn hợp của nhiều hyđrua kim loại ánh sáng để dự đoán nhiệt động lực học phản ứng có thể cho lưu trữ hydro.

Hydrides kim loại cấu trúc nano

Các hydrua kim loại đã được chứng minh là một lựa chọn tốt cho các hệ thống lưu trữ hydro vì các đặc tính thuận lợi của chúng như mật độ thể tích và khối lượng cao.  Tuy nhiên, cần nhiều nghiên cứu hơn để đáp ứng các yêu cầu của Bộ năng lượng Hoa Kỳ về khả năng lưu trữ, động học, tính chu kỳ, chi phí và nhiệt độ giải phóng.
Hydrides kim loại nano sở hữu một số tính chất làm cho chúng thậm chí còn là ứng cử viên tốt hơn cho các hệ thống lưu trữ hydro trong tương lai so với tương đương số lượng lớn của chúng.  Ở cấp độ nano, các tính chất cấu trúc và hóa học (như kích thước hạt và mật độ vị trí hấp phụ) cho thấy sự cải thiện đáng kể về các tính chất như động học hấp thụ, khuếch tán hydro hoặc nhiệt độ giải phóng hydro.  Tuy nhiên, nhược điểm của vật liệu nano bao gồm truyền nhiệt kém và tổng khả năng hấp phụ.
Phòng thí nghiệm trọng điểm về công nghệ vật liệu tiên tiến của Liêu Ninh, Trung Quốc, đã nghiên cứu sự khác biệt về động học phản ứng giữa số lượng lớn MgH₂ và hạt nano của hợp chất này. Họ quan sát thấy rằng lượng hydro được giải phóng bởi hạt 30 nm là 5wt(cân nặng)%, gấp 10 lần so với vật liệu khối (0,5wt(cân nặng)%) trong cùng khoảng thời gian (1 giờ) và ở cùng nhiệt độ (300 °C). Tuy nhiên, công suất 5% vẫn chưa đủ cho các ứng dụng quy mô lớn. Palladi (Pd) đã được chứng minh là một sự thay thế hiệu quả với động học thuận lợi, nhưng chi phí cao cho thấy sự thuận lợi trong việc sử dụng các kim loại giá cả phải chăng hơn như vanadi (V). A MgH₂-5 wt% (cân nặng) V cho thấy động học hấp phụ nhanh với số lượng lớn hơn nhiều so với Pd (Parkinson's Disease). Một hỗn hợp titan và sắt cũng đã được sử dụng thành công, mặc dù hai kim loại này không hiệu quả nếu được sử dụng riêng. Việc bổ sung LiBH₄ cũng đã được nghiên cứu để tăng cường động học hấp thụ.

Hydrides phi kim loại

Nhà sản xuất chất xúc tác của Ý Acta đã đề xuất sử dụng Hydrazine thay thế cho hydro trong pin nhiên liệu. Vì nhiên liệu hydrazine là chất lỏng ở nhiệt độ phòng, nó có thể được xử lý và lưu trữ dễ dàng hơn hydro.  Bằng cách lưu trữ nó trong một bể chứa đầy cacbon - oxy carbonyl, nó phản ứng và tạo thành một chất rắn an toàn gọi là hydrazone.  Sau đó xả nước vào bể bằng nước ấm, hydrazine hydrate lỏng được giải phóng.  Hydrazine bị phá vỡ trong tế bào để tạo thành nitơ và hydro liên kết với oxy, giải phóng nước. Silicon hydrua và Germanium hydru cũng là ứng cử viên của vật liệu lưu trữ hydro, vì chúng có thể bị phản ứng ưa thích năng lượng để tạo thành các chất làm mờ liên kết hóa trị với sự mất mát của một phân tử hydro.

Carbohydrate

Carbonhydrate (polyme C₆H₁₀O₅) phát hành H₂ trong một máy sinh họv qua trung gian enzyme biến đổi sinh học con đường tổng hợp không có tế bào.  Carbonhydrate cung cấp mật độ lưu trữ hydro cao dưới dạng chất lỏng với áp lực nhẹ và hạn chế gây lạnh: Nó cũng có thể được lưu trữ dưới dạng bột rắn. Cacbohydrate là nguồn sinh học tái tạo dồi dào nhất trên thế giới. 
Vào tháng 5 năm 2007, các kỹ sư sinh hóa của Học viện Bách khoa Virginia và Đại học Bang và các nhà sinh học và hóa học từ Phòng thí nghiệm quốc gia sồi cây rơm đã công bố một phương pháp sản xuất hydro tinh khiết năng suất cao từ tinh bột và nước. Trong năm 2009, họ đã chứng minh sản xuất gần 12 nốt ruồi hydro trên mỗi đơn vị glucose từ vật liệu xenlulo và nước. Nhờ chuyển đổi hoàn toàn và điều kiện phản ứng khiêm tốn, họ đề xuất sử dụng carbohydrate làm mật độ năng lượng cao chất mang hydro với mật độ 14,8% wt (weight).

Hydrocacbon tổng hợp

Một thay thế cho hydrua là sử dụng nhiên liệu hydrocacbon thông thường làm chất mang hydro.  Sau đó, một nhà cải cách hydro sẽ trích xuất hydro khi cần pin nhiên liệu. Tuy nhiên, những nhà cải cách này chậm phản ứng với những thay đổi trong nhu cầu và thêm chi phí gia tăng lớn cho hệ truyền động xe.
Pin nhiên liệu metanol trực tiếp không yêu cầu bộ chuyển đổi, nhưng cung cấp mật độ năng lượng thấp hơn so với pin nhiên liệu thông thường, mặc dù điều này có thể đối trọng với mật độ năng lượng tốt hơn nhiều của ethanol và methanol  trên hydro. Nhiên liệu cồn là tài nguyên tái tạo.
Pin nhiên liệu ôxít rắn có thể hoạt động trên các hydrocacbon nhẹ như propan và mêtan mà không cần bộ chuyển đổi, hoặc có thể chạy trên các hydrocacbon cao hơn chỉ với cải cách một phần, nhưng nhiệt độ cao và thời gian khởi động chậm  trong số các pin nhiên liệu này có vấn đề cho các ứng dụng ô tô.

Chất mang hydro hữu cơ lỏng

Các hợp chất hữu cơ chưa bão hòa có thể lưu trữ một lượng lớn hydro.  Những chất mang hydro hữu cơ lỏng này được hydro hóa để lưu trữ và khử hydro một lần nữa khi cần năng lượng / hydro.  Nghiên cứu về LOHC được tập trung vào xycloalkan ở giai đoạn đầu, với công suất hydro tương đối cao (6-8% wt (weight) và sản xuất COₓ- hydro tự do. Hợp chất thơm dị vòng (hoặc N-dị vòng) cũng thích hợp cho nhiệm vụ này.  Một hợp chất có trong nghiên cứu LOHC là de:N-Ethylcarbazole (NEC) nhưng nhiều người khác tồn tại. Dibenzyltoluene, đã được sử dụng làm chất lỏng truyền nhiệt trong công nghiệp, được xác định là LOHC tiềm năng.  Với một phạm vi chất lỏng rộng giữa -39 °C (điểm nóng chảy) và 390 °C (điểm sôi) và mật độ lưu trữ hydro của 6,2 wt (weight) dibenzyltoluene phù hợp lý tưởng làm vật liệu LOHC. Axit hình thức đã được đề xuất là vật liệu lưu trữ hydro đầy hứa hẹn với 4,4 wt (weight) công suất hydro.
Sử dụng LOHCs mật độ lưu trữ trọng lượng tương đối cao có thể đạt được (khoảng 6 wt-%) (weight) và hiệu suất năng lượng tổng thể cao hơn so với các tùy chọn lưu trữ hóa học khác, chẳng hạn như sản xuất mêtan từ hydro.

Xích lô

Cycloalkanes được báo cáo là LOHC bao gồm xyclohexan, metyl-xyclohexan và decalin. Sự khử hydro của xycloalkan rất bền nhiệt (63-69 kJ / mol H₂), có nghĩa là quá trình này đòi hỏi nhiệt độ cao. Sự khử hydro của decalin được ưa chuộng nhất về mặt nhiệt động trong số ba xycloalkan và metyl-xyclohexan đứng thứ hai vì sự hiện diện của nhóm methyl.
Nghiên cứu về sự phát triển chất xúc tác để khử hydro của xycloalkan đã được thực hiện trong nhiều thập kỷ.  Các chất xúc tác dựa trên Niken (Ni), Molypden (Mo) và Bạch kim (Platinum|Pt) được nghiên cứu kỹ lưỡng để khử hydro.  Tuy nhiên, luyện cốc vẫn là một thách thức lớn đối với sự ổn định lâu dài của chất xúc tác.

N-dị vòng

Cả hydro hóa và khử hydro của LOHC đều cần chất xúc tác. Nó đã được chứng minh rằng thay thế hydrocacbon bằng các nguyên tử dị, như N, O, vân vân.  cải thiện tính chất khử / hydro hóa thuận nghịch. Nhiệt độ cần thiết cho quá trình hydro hóa và khử hydro giảm đáng kể với số lượng dị hợp tử tăng lên. Trong số tất cả các dị vòng N, cặp dodecahydro-N-ethylcarbazole (12H-NEC) và NEC được coi là một ứng cử viên đầy hứa hẹn cho việc lưu trữ hydro với hàm lượng hydro khá lớn (5,8 wt%) (weight). Hình trên bên phải cho thấy quá trình khử hydro và hydro hóa của cặp 12H-NEC và NEC.  Chất xúc tác tiêu chuẩn cho NEC đến 12H-NEC là dựa trên Ru và Rh.  Độ chọn lọc của hydro hóa có thể đạt 97% ở 7 MPa (Master of Public Administration) và 130 °C-150 °C. Mặc dù N-Heterocstyle có thể tối ưu hóa các đặc tính nhiệt động không thuận lợi của xycloalkan, rất nhiều vấn đề vẫn chưa được giải quyết, như chi phí cao, độc tính cao và các rào cản động học, vân vân.

Axit hình thức

Năm 2006, các nhà nghiên cứu Thụy Sĩ tại Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ Lausanne báo cáo việc sử dụng axit hình thức làm vật liệu lưu trữ hydro. Hydro tự do cacbon monoxide đã được tạo ra trong một phạm vi áp suất rất rộng (1-600 quán ba).  Một hệ thống xúc tác đồng nhất dựa trên các chất xúc tác ruthenium tan trong nước phân hủy chọn lọc HCOOH thành H₂ và CO₂ trong dung dịch nước. Hệ thống xúc tác này khắc phục những hạn chế của các chất xúc tác khác (ví dụ: độ ổn định kém, tuổi thọ xúc tác hạn chế, hình thành CO) để phân hủy axit hình thức làm cho nó trở thành vật liệu lưu trữ hydro khả thi. Và đồng sản phẩm của sự phân hủy này, cacbon đioxít, có thể được sử dụng làm vector hydro bằng cách hydro hóa nó trở lại axit formic trong bước thứ hai. Quá trình hydro hóa xúc tác của CO₂ từ lâu đã được nghiên cứu và các thủ tục hiệu quả đã được phát triển. Axit hình thức chứa 53 g L⁻¹ hydro ở nhiệt độ phòng và áp suất khí quyển. Theo trọng lượng, axit hình thức tinh khiết lưu trữ 4,3% wt (weight) hydro. Axit hình thức tinh khiết là một chất lỏng có điểm chớp cháy 69 °C (trao xăng −40 °C, ethanol 13 °C). 85% axit hình thức không dễ cháy.

Nano borohydrides và doping nano

Việc tăng cường động học hấp thụ và khả năng lưu trữ có thể được cải thiện thông qua chất xúc tác dựa trên vật liệu nano, như thể hiện trong công trình của Trung tâm nghiên cứu năng lượng sạch tại Đại học Nam Florida. Nhóm nghiên cứu này đã học  LiBH₄ pha tạp với các hạt nano niken và phân tích sự giảm cân và giải phóng nhiệt độ của các loài khác nhau.  Họ đã quan sát thấy rằng một lượng ngày càng tăng của chất xúc tác nano làm giảm nhiệt độ giải phóng khoảng 20 độ C và làm giảm trọng lượng của vật liệu lên 2-3%.  Lượng hạt Ni tối ưu được tìm thấy là 3 mol%, trong đó nhiệt độ nằm trong giới hạn được thiết lập (khoảng 100°C) và trọng lượng giảm đáng kể lớn hơn các loài không bị biến dạng.

Chất lỏng ion Imidazolium

Vào năm 2007, Dupont và những người khác đã báo cáo các vật liệu lưu trữ hydro dựa trên chất lỏng ion imidazolium.  Các loại muối đơn giản alkyl (aryl) -3-methylimidazolium N-bis (trifluoromethanesulfonyl) có áp suất hơi rất thấp, mật độ cao và ổn định nhiệt và không dễ cháy có thể thêm 6 nguyên tử hydro P/C ngược  Chất xúc tác hạt nano ir0 và có thể được sử dụng làm vật liệu thay thế cho các thiết bị lưu trữ hydro trên tàu. Những muối này có thể chứa tới 30 g L⁻¹ của hydro ở áp suất khí quyển.

Phosphonium borat

Vào năm 2006, các nhà nghiên cứu của Đại học Windsor đã báo cáo về việc lưu trữ hydro có thể đảo ngược trong một photphon phi kim loại cặp Lewis thất vọng:
Phốt pho borane bên trái chấp nhận một lượng tương đương hydro trong một bầu khí quyển và 25 °C và trục xuất nó một lần nữa bằng cách làm nóng 100 °C. Dung lượng lưu trữ là 2,5 wt% (weight) vẫn còn dưới 6 đến 9 wt% (weight) cần thiết cho sử dụng thực tế.

Các chất carbonit

Nghiên cứu đã chứng minh rằng graphene có thể lưu trữ hydro hiệu quả. Sau khi hấp thụ hydro, chất này trở thành graphane.  Sau các thử nghiệm, được tiến hành bởi dr André Geim tại Đại học Manchester, người ta đã chứng minh rằng không chỉ graphene có thể lưu trữ hydro dễ dàng, nó còn có thể giải phóng hydro một lần nữa, sau khi nung nóng 450 °C.

Khung kim loại hữu cơ

Khung kim loại hữu cơ đại diện cho một loại vật liệu xốp tổng hợp khác lưu trữ hydro và năng lượng ở cấp độ phân tử. MOF (Metal-organic framework) là các cấu trúc lai hữu cơ vô cơ kết tinh cao có chứa các cụm kim loại hoặc ion (đơn vị xây dựng thứ cấp) dưới dạng các nút và phối tử hữu cơ làm liên kết. Khi các phân tử khách (dung môi) chiếm các lỗ chân lông được loại bỏ trong quá trình trao đổi dung môi và gia nhiệt trong chân không, cấu trúc xốp của MOF (Metal-organic framework) có thể đạt được mà không làm mất ổn định khung và các phân tử hydro sẽ được hấp thụ trên bề mặt lỗ chân lông bằng cách hấp thụ. So với zeolit ​​truyền thống và vật liệu carbon xốp, MOF (Metal-organic framework) có số lượng lỗ chân lông và diện tích bề mặt rất cao cho phép hấp thụ hydro cao hơn trong một thể tích nhất định. Do đó, lợi ích nghiên cứu về lưu trữ hydro trong MOF (Metal-organic framework) đã tăng lên kể từ năm 2003 khi kho lưu trữ hydro dựa trên MOF đầu tiên được giới thiệu. Vì có các biến thể hình học và hóa học vô hạn của MOF (Metal-organic framework) dựa trên các kết hợp SBU (Strategic business unit) và khác nhau Vào năm 2006, các nhà hóa học tại UCLA và Đại học Michigan đã đạt được nồng độ lưu trữ hydro lên tới 7,5% khối lượng trong MOF-74 ở nhiệt độ thấp 77 Kelvin.
 Vào năm 2009, các nhà nghiên cứu tại Đại học Nottingham đã đạt 10% trọng lượng tại 77 quán ba (1.117 bảng mỗi in-sơ vuông) và 77 K với MOF NOTT-112. Hầu hết các bài viết về lưu trữ hydro trong MOF (Metal–organic framework)  đều báo cáo khả năng hấp thụ hydro ở nhiệt độ 77K và áp suất 1 quán ba vì những điều kiện này thường có sẵn và năng lượng liên kết giữa hydro và MOF (Metal–organic framework) ở nhiệt độ này lớn so với năng lượng rung động nhiệt. Thay đổi một số yếu tố như diện tích bề mặt, kích thước lỗ chân lông, catenation, cấu trúc phối tử và độ tinh khiết của mẫu có thể dẫn đến lượng hấp thụ hydro khác nhau trong MOFs (Metal–organic frameworks).

Đóng gói

Năng lượng tế bào dựa trên sự đóng gói của khí hydro và cấu trúc nano của hydrua hóa học trong các quả bóng nhựa nhỏ, ở nhiệt độ và áp suất phòng.

Lưu trữ vật lý

Trong trường hợp này, hydro vẫn ở dạng vật lý, tức là dưới dạng khí, chất lỏng siêu tới hạn, chất hấp phụ hoặc vùi phân tử. Giới hạn lý thuyết và kết quả thí nghiệm được xem xét  liên quan đến khả năng thể tích và khối lượng của vi mạch thủy tinh, phương tiện vi mô và phương tiện nano, cũng như các yêu cầu về an toàn và thời gian nạp lại.

Than hoạt tính

Than hoạt tính là vật liệu carbon vô định hình có độ xốp cao với diện tích bề mặt rõ ràng cao.  Hydro hấp thụ vật lý có thể được tăng lên trong các vật liệu này bằng cách tăng diện tích bề mặt rõ ràng và tối ưu hóa đường kính lỗ rỗng lên khoảng 7 Å. Những vật liệu này được đặc biệt quan tâm do thực tế là chúng có thể được làm từ vật liệu phế thải, chẳng hạn như tàn thuốc lá đã cho thấy tiềm năng lớn là vật liệu tiền thân cho vật liệu lưu trữ hydro công suất cao.

Nén lạnh

Lưu trữ nén bằng hydro của hydro là công nghệ duy nhất đáp ứng các mục tiêu DOE 2015 cho hiệu suất thể tích và khối lượng (xem "CcH2" trên trượt 6 trong ).
Hơn nữa, một nghiên cứu khác đã chỉ ra rằng cryo nén thể hiện những lợi thế chi phí thú vị: chi phí sở hữu (giá mỗi dặm) và chi phí hệ thống lưu trữ (giá mỗi xe) thực sự là thấp nhất khi so sánh với bất kỳ công nghệ nào khác (xem hàng thứ ba trong trượt 13 của ).Ví dụ, một hệ thống hydro nén bằng cryo sẽ có giá 0,12 đô la mỗi dặm (bao gồm chi phí nhiên liệu và mọi chi phí khác liên quan), trong khi các phương tiện chạy xăng thông thường có giá từ 0,05 đến 0,07 đô la mỗi dặm.
Giống như lưu trữ chất lỏng, cryo-nén sử dụng hydro lạnh (20,3 K và cao hơn một chút) để đạt được mật độ năng lượng cao.  Tuy nhiên, điểm khác biệt chính là, khi hydro nóng lên do truyền nhiệt với môi trường ("đun sôi"), bể được phép chịu áp suất cao hơn nhiều (lên tới 350 bar so với một vài thanh  lưu trữ chất lỏng).  Do đó, phải mất nhiều thời gian hơn trước khi hydro phải thông hơi, và trong hầu hết các tình huống lái xe, xe được sử dụng đủ hydro để giữ áp suất thấp dưới giới hạn thông gió.
Do đó, người ta đã chứng minh rằng có thể đạt được phạm vi lái xe cao với xe tăng áp lạnh: hơn 650 dặm (1.050 km) được điều khiển với một bình chứa đầy trên động cơ chạy bằng nhiên liệu hydro của Toyota Prius. Nghiên cứu vẫn đang trên đường để nghiên cứu và chứng minh tiềm năng đầy đủ của công nghệ.
Kể từ năm 2010, Tập đoàn Động cơ Bavaria hoạt động đã bắt đầu xác nhận kỹ lưỡng mức độ thành phần và cấp độ hệ thống của bộ lưu trữ xe nén cryo trên đường đến một sản phẩm thương mại.

Ống nano cacbon

Các chất mang hydro dựa trên carbon cấu trúc nano (như carbon bóng bucky và Ống nano cacbon) đã được đề xuất.  Tuy nhiên, vì Hydrogen thường lên tới ~ 3.0-7.0 wt% (weight) ở mức 77K, khác xa với giá trị do bộ Năng lượng Hoa Kỳ đặt ra (6% trọng lượng ở điều kiện gần như môi trường), nó làm cho vật liệu cacbon trở thành ứng cử viên nghèo cho việc lưu trữ hydro.
Để hiện thực hóa vật liệu cacbon là công nghệ lưu trữ hydro hiệu quả, Trung tâm nghiên cứu năng lượng sạch đã pha tạp ống nano cacbon với MgH₂. Hydride kim loại đã được chứng minh là có khả năng lưu trữ lý thuyết (7,6 wt%) (weight) đáp ứng yêu cầu Bộ năng lượng Hoa Kỳ là 6 wt% (weight), nhưng đã hạn chế các ứng dụng thực tế do nhiệt độ giải phóng cao. Cơ chế đề xuất liên quan đến việc tạo ra các kênh khuếch tán nhanh bằng Ống nano cacbon trong MgH₂ mạng tinh thể.  Fullerene là các vật liệu nano carbonate khác đã được thử nghiệm để lưu trữ hydro ở trung tâm này.  Phân tử Fullerene bao gồm một C₆₀ cấu trúc đóng kín, cho phép hydro hóa các nguyên tử cacbon liên kết đôi dẫn đến một lý thuyết C₆₀H₆₀ đồng phân với hàm lượng hydro là 7,7 wt% (weight).  Tuy nhiên, nhiệt độ phát hành trong các hệ thống này quá cao (600ᵒC) cho các ứng dụng thực tế.