Дълго време наличието на подходяща система за съхранение на водород беше една от най-големите пречки пред широкомащабното използване на водород, особено в транспортния сектор. Проблемите с ограничаването на водорода произтичат от неговите физични и химични характеристики, тъй като въпреки че водородът е гориво, което има висока енергийна плътност на единица маса, той има много ниска обемна енергийна плътност, както в течно, така и в газообразно състояние. В допълнение, водородът има голяма дифузивност и пропускливост, което го прави способен да дифундира дори през твърди вещества, което води както до загуба на съхранено гориво, което се изхвърля в атмосферата, така и до евентуално омекотяване на металите, използвани за задържане на елемента, например стомана.
В сравнение с други горива, водородът изисква по-големи резервоари, за да съхранява същото количество енергия. Поради ниската плътност на водорода, съхранението му винаги изисква големи обеми и е свързано с високо налягане, с много ниски температури и/или в комбинация с други материали (много по-тежки от самия водород).
Най-често срещаният начин за съхраняване на водорода е в резервоари с високо налягане. Типичното налягане при съхранение е 200 бара, 350 бара (стандартно преди години за резервоари, монтирани на превозни средства) и 700 бара, което в момента е стандартът, използван в автомобилната индустрия. В лабораториите газове под налягане като азот или кислород обикновено се съхраняват в куршуми или стоманени цилиндри, но този тип контейнери не са практични за повечето приложения на водорода, тъй като са много тежки. Поради тази причина са разработени леки резервоари, базирани на композитни материали, като тези, монтирани на Toyota Mirai, които имат три слоя. Вътрешен слой, изработен от пластмасов полимер на основата на найлон с ниска водопропускливост. Междинен слой от епоксидна смола с въглеродни влакна, който придава структурна твърдост на резервоара. И накрая, външна обвивка, направена от композитен материал на основата на фибростъкло, за да предпази резервоара от възможни ожулвания. По този начин, като се използват композитни материали, е възможно значително да се намали теглото на резервоарите, които ще бъдат изпратени.
Toyota Mirai резервоар за водород с високо налягане
| Налягане (MPa) | 0,101325 | 200 | 350 | 700 |
| Обем (L) | 11934 | 68.4 | 42.7 | 25.7 |
Таблица 1: Обем, необходим за съхранение на 1 kg водород при 20 ° C като функция от налягането.
Друг вариант е водородът да се съхранява в течно състояние, но за да бъде водородът в криогенно състояние е необходимо да се поддържа температура от -253ºC. Следователно, за втечняване на водорода е необходимо определено количество енергия за понижаване на температурата до 20,3 K над абсолютната нула, освен това са необходими и силно изолирани резервоари, за да се поддържа такава ниска температура. Това е метод за съхраняване на относително големи количества водород. Въпреки това, използвайки този метод, водородът не може да се съхранява за дълги периоди от време, поради колко скъпо е поддържането на водород в течно състояние и възможните загуби. BMW е разработила и използвала технология течен водород в прототипи, в които е използвала малки резервоари.
Третият вариант, който в момента е един от най-слабо използваните, но въпреки това един от най-изследваните, е съхранението на водород под формата на метални хидриди. Различни метали и сплави като магнезий, титан, желязо, манган, никел или хром образуват метални хидриди, когато са в присъствието на водород. Водородните атоми са опаковани в металната структура, като по този начин могат да се постигнат по-високи плътности на съхранение на водород, отколкото при компресиран водород. Подобно на случилото се със стоманени цилиндри, проблемът с този тип съхранение е, че металите са много тежки сами по себе си, което може да облекчи различни приложения, при които теглото е определящ фактор. За да се освободи водород от метални хидриди за употреба, е необходима топлина, всъщност отпадъчната топлина, генерирана от самата горивна клетка, е достатъчна за отделяне на водород от нискотемпературната метална хидридна решетка. Въпреки че не се пуска незабавно.
Към днешна дата е намерено решение за съхранение на водород, което изглежда достатъчно добро, за да може да се продава, поне в автомобилната индустрия. Тоест резервоари, изработени от различни слоеве композитни материали, които позволяват безопасното съхранение на водорода под налягане. Обаче има много редици изследвания, отворени около съхранението на водород, защото въпреки че е постигнато първо решение на проблема, то може да не е най-доброто или най-евтиното. В допълнение, за приложения, различни от автомобилната, е възможно използването на криогенен водород, космически приложения например или под формата на метални хидриди да представлява по-голяма полезност от компресирания водород.