水素貯蔵

圧縮水素は、水素ガスを加圧して貯蔵密度を高める貯蔵形態です。350 bar (5,000 psi) および 700 bar (10,000 psi) の水素タンク内の圧縮水素は、タイプ IV カーボン複合材技術に基づいて、車両の水素タンクシステムに使用されます。^{[ 3 ]ホンダ[ 4 ]}や日産^{[ 5 ]}などの自動車メーカーは、このソリューションを開発しています。

例えば​​BMW Hydrogen 7を製造する自動車用の液体水素タンク。日本には神戸港に液体水素 (LH2) 貯蔵施設がある。^{[ 6 ]}水素は、 -162 °C で貯蔵される液化天然ガス (LNG)と同様に、-253 °C まで温度を下げることで液化される。潜在的な効率損失はわずか 12.79%、つまり 33.3 kW⋅h/kg のうち4.26 kW⋅h/kg に抑えることができる。^{[ 7 ]}   

CO ₂のメタノールへの水素化は、水素貯蔵のために評価されてきました。 CO _{2水素化の障壁には、回収された CO 2}の精製、水の分解による H ₂源、および水素化のためのエネルギー投入が含まれます。工業用途では、CO ₂はしばしばメタノールに変換されます。これまで、CO ₂から C1 分子への変換については多くの進歩がありました。しかし、CO _{2から高価値分子への変換には依然として多くの障害があり、CO 2}水素化の将来は触媒技術の進歩にかかっています。^{[ 17 ]}

MgH ₂、NaAlH ₄、LiAlH ₄、LiH、LaNi ₅ H ₆、TiFeH ₂、アンモニアボラン、パラジウム水素化物などの金属水素化物は、貯蔵水素の供給源となります。金属水素化物には主に 3 つのクラスがあります。^{[ 18 ] [ 19 ]}

• 金属間水素化物：高速反応速度と中程度の水素容量を示す。例えば、LaNi ₅ H ₆、TiFeH ₂など。
• 複合水素化物：より高い水素貯蔵容量が可能だが、触媒が必要。例えば、NaAlH ₄、LiBH ₄など。
• 軽量水素化物：重量あたりの水素貯蔵量は多いが、脱着には高温が必要。例えば_、 MgH₂、CaH₂_など。

以下にいくつかの金属水素化物の特性を示します。^{[ 20 ]}

繰り返しになる問題は、それらが運ぶ水素の重量パーセントと貯蔵プロセスの可逆性です_。  [ 21 ^]常温常圧で燃料化しやすい液体もあれば、ペレットに加工できる固体もあります。これらの材料はエネルギー密度は高いものの、比エネルギーは主要な炭化水素燃料よりも劣る場合が多いです。

解離温度を下げる別の方法として、活性剤をドーピングする方法がある。この戦略は水素化アルミニウム に用いられてきたが、複雑な合成のため、この方法は魅力的ではない。^{[ 22 ]}

水素経済での使用が提案されている水素化物には、マグネシウム^{[ 23 ]}または遷移金属の単純な水素化物、およびナトリウム、リチウム、またはカルシウムとアルミニウムまたはホウ素を含む複雑な金属水素化物があります。貯蔵用途に選ばれる水素化物は、反応性が低く（安全性が高い）、水素貯蔵密度が高いものです。有力な候補としては、水素化リチウム、水素化ホウ素ナトリウム、水素化アルミニウムリチウム、およびアンモニアボランがあります。フランスの企業McPhy Energyは、マグネシウム水素化物をベースにした最初の工業製品を開発しており、すでに岩谷産業やENELなどの大手顧客に販売されています。

フラストレート型ルイスペアは可逆的な水素貯蔵を示す。^{[ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]}

左側のホスフィノボランは、1気圧、25  ℃で1当量の水素を受け入れ、100  ℃に加熱することで再び放出する。貯蔵容量は0.25重量％である。

水素はアルミニウムの加水分解によって生成されます。以前は、水と反応させるには、アルミニウムの自然な酸化不動態層を除去するか、ガリウムと混合する必要があると考えられていました^（ガリウムを^混合する^と、アルミニウムの90%が反応するアルミニウムナノ粒子が生成されます）。^{[ 27 ]} [28]その後、反応の温度と圧力を上げることで効率的な反応が可能であることが実証されました。^{[ 29 ]}水素を生成する反応の副産物は酸化アルミニウムであり、ホール・エルー法によってアルミニウムにリサイクルできるため、理論的には再生可能な反応となります。これには大量のエネルギーを消費する電気分解が必要ですが、そのエネルギーはアルミニウムに蓄えられ（アルミニウムが水と反応するときに放出されます）。

従来のMgH₂_は7.6重量％の水素を貯蔵するが、その高い脱着温度（>300  ℃）が用途を制限している。Mg-Ti-Vナノコンポジットは脱着温度を200  ℃以下に下げることができる。炭素配位MgH₂_は1000サイクル以上でサイクル安定性が80％向上する。^{[ 30 ]}

LiBH ₄ + MgH ₂複合材料は約 11 wt% の水素を貯蔵し、これは報告されている中で最も高い容量の 1 つです。また、アンモニアボラン (H₃NBH₃) は 中程度の温度 (約 100～150 °C)で 12 wt% の水素を放出します。 ^{[ 19 ]}

Mg系水素貯蔵材料には、純Mg、Mg系合金、Mg系複合材料が含まれます。^{[ 31 ]}しかしながら、金属水素化物の過度な熱力学的安定性に起因する水​​素吸収/脱着速度の劣悪さにより、Mg系水素貯蔵合金は現在、実際の用途には適しておらず、そのため、これらの欠点を克服するために多大な努力が払われてきました。溶融、粉末焼結、拡散、機械的合金化、水素化燃焼合成法、表面処理、熱処理などのいくつかの試料調製法が、Mg系水素貯蔵合金の動的性能とサイクル寿命を変えるために広く用いられています。さらに、合金化^{[ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]}、ナノ構造化^{[ 36 ] [ 37 ] [ 38 ]} 、触媒添加剤によるドーピング^{[ 39 ] [ 40 ]}、および他の水素化物とのナノ複合材料の取得^{[ 41 ] [ 42 ]}など、いくつかの固有の改質戦略が、マグネシウム系水素貯蔵合金の性能を本質的に向上させるために主に研究されてきた。^{[ 43 ]}アルミニウムと同様に、マグネシウムも水と反応して水素を生成する。^{[ 44 ]}

これまで開発されてきた主要な水素貯蔵合金の中で、MgおよびMgベースの水素貯蔵材料は、以下の利点から実用化の可能性が非常に高いと考えられています。1) Mgの資源は豊富で経済的です。Mg元素は豊富に存在し、地殻の約2.35%を占め、8番目に多い元素です。2) 密度はわずか1.74 g cm-3と低密度です。3) 優れた水素貯蔵容量を備えています。純粋なMgの理論上の水素貯蔵量は7.6 wt  %（重量パーセント）^{[ 45 ] [ 46 ] [ 47 ]}、Mg2Niは3.6 wt%です。^{[ 43 ]}

アラネートリチウム（LiAlH _{4 ）は、1947年に塩化}アルミニウムのエーテル溶液に水素化リチウムを溶解することによって初めて合成されました。^{[ 48 ]} LiAlH ₄は、理論上の重量容量が 10.5 wt %H ₂であり、次の 3 段階で脱水素化します。^{[ 49 ] [ 50 ] [ 51 ]} 3LiAlH ₄ ↔ Li ₃ AlH ₆ + 3H ₂ + 2Al (423–448 K; 5.3 wt %H ₂ ; ∆H = −10 kJ·mol−1 H ₂ ); Li ₃ AlH ₆ ↔ 3LiH + Al + 1.5H ₂ (453–493 K; 2.6 wt %H ₂ ; ∆H = 25 kJ·mol−1 H ₂ ); 3LiH + 3Al ↔ 3LiAl + 3/2H ₂ (>673 K; 2.6 wt %H ₂ ; ∆H = 140 kJ·mol−1 H ₂ )。^{[ 52 ]}最初の 2 つのステップにより、放出される水素の総量は 7.9 wt  % となり、これは実用化には魅力的ですが、動作温度と脱着速度はまだ実用目標には程遠いです。過去数年間、ボールミルや触媒の添加など、これらの限界を克服するためのいくつかの戦略が適用されてきました。^{[ 53 ] [ 54 ] [ 55 ] [ 56 ] [ 57 ] [ 52 ]}

アラニン酸カリウム（KAlH ₄）は、Ashbyら^{[ 58 ]}によってトルエン、テトラヒドロフラン、ジグライム中で一段階合成により初めて調製された。水素の吸収および脱着特性に関しては、このアラニン酸塩はほとんど研究されていない。森岡ら^{[ 59 ]}は、昇温脱離（TPD）分析により、以下の脱水素機構を提案した：3KAlH4 _→ K3AlH6 ₊ 2Al + 3H2 _（ 573 K、∆H = 55 kJ·mol−1 H2、2.9 wt%H2 _）、 K3AlH6 → 3KH + Al + 3/2H2（613 K、∆H = 70 kJ·mol−1 H2、1.4 wt%H2）_、 3KH _→ 3K _{+ 3} / _{2H2 （} 703 _K、1.4 wt%H2 ）_。これらの反応は、比較的低い水素圧力と温度で触媒を添加せずに可逆的であることが実証された。 TiCl ₃の添加により、最初の脱水素ステップの動作温度が 50 K 低下することがわかったが^{[ 60 ]} 、最後の 2 つの反応ステップでは変化は記録されなかった^{[ 52 ] 。}

不飽和有機化合物は大量の水素を貯蔵できます。これらの液体有機水素キャリア（LOHC）は貯蔵のために水素化され、エネルギー/水素が必要なときに再び脱水素化されます。LOHCを使用すると、比較的高い重量貯蔵密度（約6 wt-%）を達成でき、全体的なエネルギー効率は、水素からメタンを生成するなどの他の化学的貯蔵オプションよりも高くなります。^{[ 61 ]} LOHCの水素化と脱水素化の両方に触媒が必要です。^{[ 62 ]}炭化水素をN、Oなどのヘテロ原子に置き換えると、可逆的な脱水素特性が向上することが実証されています。

ゼオライトは、微細孔性で結晶性の高いアルミノケイ酸塩材料です。ケージ構造とトンネル構造を示すため、H₂などの非極性ガスをカプセル化する可​​能性を秘めています_。このシステムでは、水素は、圧力と低温下で細孔内に押し込まれる吸着メカニズムを介して、ゼオライトの細孔表面に物理吸着されます。 ^{[ 90 ]}したがって、他の多孔質材料と同様に、その水素貯蔵容量は、 BET表面積、細孔容積、分子状水素と微細孔の内部表面との相互作用、および圧力や温度などの動作条件に依存します。^{[ 91 ]}

チャネル径も、特に高圧下ではこの容量を決定するパラメータの1つです。この場合、有効な材料は大きな細孔容積と水素分子の運動直径（d _H =2.89 Å）に近いチャネル径を示す必要があります。^{[ 90 ]}

下の表は、液体窒素温度（77K）におけるいくつかのゼオライトの水素吸収量を示しています。

活性炭は、高い見かけ表面積を持つ高多孔性非晶質炭素材料です。これらの材料では、見かけ表面積を増やし、細孔径を約 7 Å に最適化することで、水素の物理吸着を増やすことができます。 ^{[ 93 ]}これらの材料は、高容量水素貯蔵材料の前駆体材料として大きな可能性を示しているタバコの吸い殻などの廃棄物から作ることができるため、特に注目されています。^{[ 94 ] [ 95 ]}

グラフェンは水素を効率的に貯蔵できる。H ₂は二重結合に付加してグラファンを生成する。水素は 450  °C に加熱すると放出される。^{[ 96 ] [ 97 ]}

ナノ構造炭素（カーボンバッキーボールやカーボンナノチューブなど）をベースとした水素キャリアが提案されている。しかし、77Kにおける水素含有量は約3.0～7.0重量％にとどまり、米国エネルギー省が定めた値（ほぼ常温で6重量％）には遠く及ばない。

炭素材料を効果的な水素貯蔵技術として実現するために、カーボンナノチューブ（CNT）にMgH ₂をドープした。^{[ 14 ]}この金属水素化物は、米国エネルギー省の6 wt%の要件を満たす理論的な貯蔵容量（7.6 wt%）を有することが証明されているが、放出温度が高いため、実用化は限られている。提案されているメカニズムは、MgH _{2格子内で}CNTによって高速拡散チャネルが作られることである。フラーレン物質は、この中心で水素貯蔵用にテストされた他の炭素系ナノ材料である。フラーレン分子は、C _60のクローズドケージ構造で構成されており、二重結合炭素の水素化が可能で、水素含有量7.7 wt%の理論的なC ₆₀ H ₆₀異性体につながる。しかし、これらのシステムの放出温度は高い（600 °C）。 

金属有機構造体（ MOF）は、分子レベルで水素とエネルギーを貯蔵する合成多孔質材料のもう一つのクラスです。MOFは、金属クラスターまたはイオン（二次構造単位）をノード、有機配位子をリンカーとする、結晶性の高い無機・有機ハイブリッド構造です。溶媒交換と真空加熱によって細孔内のゲスト分子（溶媒）を除去すると、骨格を不安定化させることなくMOFの多孔質構造が得られ、水素分子は物理吸着によって細孔表面に吸着されます。従来のゼオライトや多孔質炭素材料と比較して、MOFは細孔数と表面積が非常に大きいため、一定体積あたりの水素吸着量が多くなります。

水素の極低温圧縮貯蔵は、体積効率と重量効率に関する2015年のDOEの目標を満たす唯一の技術です（^{[ 108 ]}のスライド6の「CcH2」を参照）。

さらに、別の研究では、極低温圧縮には興味深いコスト上の利点があることが示されています。所有コスト（1マイルあたりの価格）と保管システムコスト（車両あたりの価格）は、他のどの技術と比較しても実際には最も低いのです（^{[ 109 ]}のスライド13の3行目を参照）。

液体貯蔵と同様に、極低温圧縮水素も低温水素（20.3 K以上）を使用して高エネルギー密度を実現します。ただし、主な違いは、水素が周囲との熱伝達によって温度が上昇した場合（「沸騰」）、タンク内の圧力が液体貯蔵の2バール程度に対し、極低温圧縮水素では最大350バールまで上昇できる点です。その結果、水素が放出されるまでの時間が長くなり、ほとんどの運転状況では、車が使用する水素量が、放出が必要となる限界値よりも十分に低い圧力を維持するのに十分です。

その結果、極低温圧縮タンクで高い走行距離が達成できることが実証された。トヨタ・プリウスの水素燃料エンジンに搭載された満タンのタンクで650マイル（1,050 km） 以上走行した。^{[ 110 ] [ 111 ]} 

2010年現在、BMWグループは、商用製品化に向けて極低温圧縮車両保管の徹底的なコンポーネントおよびシステムレベルの検証を開始している。^{[ 112 ]}

クラスレートハイドレートに閉じ込められたH₂_は非常に高い圧力でも安定です。THFの存在下では、室温および数十バールで固体の_H₂含有ハイドレートが形成されます。^{[ 113 ] [ 114 ]}これらのクラスレートは、理論上の最大水素密度が約5重量％、40 kg/m³^です。 

ガラスキャピラリーアレイは、モバイルアプリケーションにおける水素の安全な注入、貯蔵、および制御された放出の可能性を示しています。^{[ 115 ] [ 116 ]} C.Enテクノロジーは、車載水素貯蔵システムに関する米国エネルギー省（DOE）の2010年の目標を達成しました。 ^{[ 117 ]} DOEの2015年の目標は、柔軟なガラスキャピラリーと極低温圧縮水素貯蔵法を使用して達成できます。^{[ 118 ]}

中空ガラスマイクロ球体（HGM）は、水素の制御された貯蔵と放出に利用できます。直径1～100μm、密度1.0～2.0g/cc、開口部10～1000オングストロームの多孔質壁を持つHGMが水素貯蔵に検討されています。水素貯蔵におけるHGMの利点は、無毒、軽量、安価、リサイクル可能、可逆的、大気圧下での取り扱いが容易、タンクに貯蔵可能、内部の水素が非爆発性であることです。^{[ 119 ]}これらのHGMはそれぞれ、大型加圧タンクの重さや大きさを伴わずに、最大150MPaの水素を収容できます。これらの特性はすべて、車両用途に有利です。これらの利点に加えて、水素拡散率の温度依存性が大きいため、HGMは水素ソリューションとして有望視されています。室温では拡散率が非常に低く、水素はHGM内に閉じ込められます。 HGMの欠点は、水素を効果的に充填および脱ガスするには温度が少なくとも300  ℃である必要があり、水素貯蔵におけるHGMの運用コストが大幅に増加することである。^{[ 120 ]}高温は、ガラスが絶縁体であり熱伝導率が低いことに部分的に起因しており、これにより水素の拡散が妨げられ、その結果、所望の貯蔵容量を達成するにはより高い温度が必要となる。

この技術を商業的に経済的に実現可能にするために、HGM を介した水素拡散の効率を高める研究が行われています。Dalai らによる研究では、ガラスにコバルトを添加することで HGM の熱伝導率を高めることを試みました。その結果、 10 wt% Co で熱伝導率が 0.0072 W/mK から 0.198 W/mK に増加しました。しかし、金属酸化物がガラスシェルの細孔を覆い始めたため、水素吸着の増加は2 wt% Co (0.103 W/mK) までしか見られませんでした。この研究では、200 °C、10 barで 2 wt% Co の場合、水素貯蔵容量が 3.31 wt% であると結論付けられました。 ^{[ 119 ]} 

RappとShelbyが行った研究では、従来の加熱方法と比較して、ドープされたHGMにおける光誘起脱ガスによる水素放出速度の増加を目指した。ガラスには、高強度の赤外線と相互作用する光学活性金属がドープされた。この研究では、0.5 wt% Fe ₃ O ₄をドープした7070ホウケイ酸ガラスでは、赤外線ランプの強度に比例して水素放出が増加することがわかった。赤外線のみによる拡散性の向上に加えて、水素と鉄ドープガラスとの反応によりFe ²⁺ /Fe ³⁺比が増加し、赤外線吸収が増加したため、水素収率がさらに増加し​​た。^{[ 121 ]}

2020年現在、HGMの研究の進展により効率は向上しているものの、この技術に関するエネルギー省の目標にはまだ達していない。水素の吸着と放出の両方の動作温度が、商業化への最大の障壁となっている。^{[ 122 ]}

地下水素貯蔵^{[ 125 ]}は、空洞、岩塩ドーム、枯渇した油田やガス田に水素を貯蔵する手法です。ICIは長年にわたり、何の問題もなく大量の気体水素を空洞に貯蔵してきました。 ^{[ 126 ]}大量の液体水素を地下に貯蔵すると、グリッドエネルギー貯蔵として機能します。往復効率は約40%（揚水発電（PHES）の75～80%と比較）で、限られた時間しか貯蔵する必要がない場合、コストは揚水発電よりわずかに高くなります。^{[ 127 ]}欧州スタッフワーキングペーパーで参照された別の研究では、大規模貯蔵の場合、電解槽、岩塩空洞貯蔵、複合サイクル発電所を使用して2,000時間の貯蔵で140ユーロ/MWhの水素が最も安価な選択肢であることがわかりました。^{[ 124 ] : 15}欧州プロジェクト Hyunder ^{[ 128 ]}は 2013 年に、風力および太陽エネルギーの貯蔵にはPHESおよびCAESシステムではカバーできないため、さらに 85 の空洞が必要であると指摘した。^{[ 129 ]}塩空洞での水素貯蔵に関するドイツのケーススタディでは、ドイツの電力余剰 (2025 年までに変動再生可能エネルギー発電全体の 7%、2050 年までに 20%) を水素に変換して地下に貯蔵する場合、これらの量には 2025 年までにそれぞれ 50 万立方メートルの空洞が約 15 個、2050 年までに約 60 個の空洞が必要となり、これは現在ドイツで稼働しているガス空洞の数の約 3 分の 1 に相当することがわかった。^{[ 130 ]}米国では、サンディア研究所が枯渇した油田やガス田への水素貯蔵に関する研究を行っており、枯渇した油井やガス田には約270 万もの枯渇した油井やガス田が存在するため、再生可能水素を大量に容易に吸収できる可能性がある。^{[ 131 ]}

^{地下水素貯蔵とは、}洞窟[ ^{132 ] [ 133 ]} 、岩塩ドーム、枯渇した油田/ガス田^{[ 134 ] [ 135 ]}に水素を貯蔵する手法である。大量の気体水素は長年にわたり洞窟に貯蔵されてきた^{[ 136 ]} 。溶解採掘された岩塩ドーム^{[ 137 ]}、帯水層^{[ 138 ]}、掘削された岩盤洞窟、または鉱山に大量の水素を地下に貯蔵することは、水素経済に不可欠なグリッドエネルギー貯蔵として機能する可能性がある^{[ 139 ] [ 140 ]}。ターボエキスパンダーを使用すると、200バールの圧縮貯蔵に必要な電力はエネルギー含有量の2.1%になる^{[ 141 ] 。}

パワー・トゥ・ガスは、電気エネルギーをガス燃料に変換する技術です。 2 つの方法があります。 1 つ目は、電気を使用して水を分解し、生成された水素を天然ガス網に注入する方法です。 2 つ目の、効率の低い方法は、電気分解とサバティエ反応を使用して二酸化炭素と水素をメタンに変換する方法です (天然ガスを参照) 。 3 つ目の選択肢は、電気分解によって生成された水素を、バイオメタン化によって炭素源 (バイオガス、工業プロセス、または直接空気回収された二酸化炭素からの二酸化炭素または一酸化炭素)と組み合わせる方法です[ ^{156 ] [ 157 ]。バイオ}メタン生成菌 (古細菌) が二酸化炭素と水素を消費し、嫌気性環境内でメタンを生成します。このプロセスは、古細菌が自己複製し、反応を行うために低品位 (60 °C) の熱しか必要としないため、非常に効率的です。 

また、 SoCalGas社は、未処理バイオガス中の二酸化炭素を単一の電気化学的ステップでメタンに変換する別のプロセスも実現しており、これは余剰の再生可能電力を貯蔵可能な天然ガスに変換するよりシンプルな方法である。 ^{[ 158 ]}

英国は調査を完了し、ガス網に水素を注入する準備を進めている。これまでガス網には石炭から生成される水素とメタンの50％混合ガスである「都市ガス」が供給されていた。監査法人KPMGは、英国を水素ガスに転換する費用は、英国の家庭を低炭素エネルギー源による電気暖房を使用するように配線し直す費用よりも1500億ポンドから2000億ポンド安くなる可能性があることを発見した。^{[ 159 ]}

風力発電機や太陽光発電アレイによって生成された余剰電力やオフピーク電力は、電力網の負荷バランス調整に使用できます。水素用の既存の天然ガスシステムを利用して、燃料電池メーカーのHydrogenicsと天然ガス販売会社のEnbridgeは、カナダでこのようなパワー・トゥ・ガス・システムを開発するために提携しました。^{[ 160 ]}

天然ガスネットワークを水素貯蔵に利用するパイプライン水素貯蔵。天然ガスに切り替える前は、ドイツのガスネットワークはタウンガスを使用して運用されており、その大部分（60～65％）は水素で構成されていた。ドイツの天然ガスネットワークの貯蔵容量は20万GW・h以上で、数か月分のエネルギー需要を満たすのに十分である。これに対し、ドイツの揚水発電所全体の容量は約40GW ・hに過ぎない。ガスネットワークを介したエネルギー輸送は、電力ネットワーク（8％）に比べて損失がはるかに少ない（0.1％未満）。既存の天然ガスパイプラインを水素に利用することは、NaturalHyによって研究された。^{[ 161 ]}

水素はクリーン燃焼特性を持つため、自動車産業にとってクリーンな燃料代替品です。水素ベースの燃料は、 CO ₂、SO ₂、NO _xなどの温室効果ガスの排出量を大幅に削減できます。水素燃料電池(HFC)の使用に関する 3 つの問題は、効率、サイズ、およびガスの安全な車載貯蔵です。この新興技術のその他の主な欠点には、コスト、操作性、および耐久性の問題があり、これらは既存のシステムから改善する必要があります。これらの課題に対処するために、従来の水素貯蔵システムの代替オプションとしてナノ材料の使用が提案されています。ナノ材料を使用すると、より高密度のシステムを提供し、DOE が設定した300マイルの目標に向けて走行距離を伸ばすことができます。カーボンナノチューブや金属水素化物などの炭素材料が研究の主な焦点となっています。これらは、汎用性、多機能性、機械的特性、および他の代替品と比較して低コストであることから、現在車載貯蔵システムとして検討されています。^{[ 163 ]}

車載水素貯蔵システムへのナノ材料の導入は、自動車産業における大きな転換点となる可能性がある。しかし、ナノ材料が貢献できる燃料電池の側面は貯蔵だけではない。さまざまな研究により、HFCで使用されるNafion膜の輸送特性と触媒特性は、 TiO ₂ / SnO ₂ナノ粒子によって強化できることが示されている。 ^{[ 163 ]}性能の向上は、ナノ粒子の触媒活性による水素分解速度の改善によるものである。さらに、このシステムはセルを横切るプロトンの輸送が速いため、ナノ粒子複合膜を使用したHFCは有望な代替手段となる。

英国のマンチェスター・メトロポリタン大学の研究グループは、グラフェンに似た材料からなるスクリーン印刷電極を用いて、水の分解におけるナノ材料の別の応用例を紹介した。^{[ 164 ]}同様のシステムは光電気化学的手法を用いて開発されている。

ガス圧を上げると体積あたりのエネルギー密度が向上し、容器タンクを小型化できます。チューブトレーラーに加圧水素を貯蔵するための標準的な材料は鋼鉄です（水素ガスには水素脆化の問題はありません）。トヨタミライやケンワースのトラックに搭載されているような炭素繊維とガラス繊維で強化されたプラスチック製のタンクは、安全基準を満たす必要があります。水素は小さな分子であるため、多くのポリマー材料を拡散する傾向があるため、タンクに適した材料は限られています。2020年の車両で最も一般的な車載水素貯蔵は、700バール（70MPa）の圧力の水素でした。水素をこの圧力まで圧縮するためのエネルギーコストは相当なものです。

加圧ガスパイプラインは常に鋼鉄製であり、チューブトレーラーよりもはるかに低い圧力で稼働する。

あるいは、体積エネルギー密度が高い液体水素またはスラッシュ水素を使用することもできます。ただし、液体水素は極低温であり、20.268  K (-252.882  °C または -423.188  °F) で沸騰します。極低温貯蔵は重量を削減しますが、大きな液化エネルギーが必要です。加圧および冷却ステップを含む液化プロセスは、エネルギー集約的です。^{[ 165 ]}液体水素の密度が低いため、液化水素の体積あたりのエネルギー密度はガソリンの約 4 分の 1 です。実際には、1 リットルのガソリン (116 グラム) には、1 リットルの純粋な液体水素 (71 グラム) よりも多くの酸化可能な水素原子が含まれています。極低温 の他の液体と同様に、液体水素貯蔵タンクも沸騰を最小限に抑えるために十分に断熱する必要があります。

日本は神戸のターミナルに液体水素（LH2）貯蔵施設を有しており、2020年にLH2運搬船による初の液体水素輸送を受ける予定であった。^{[ 166 ]}水素は 、-162℃で貯蔵される液化天然ガス（LNG）と同様に、-253℃まで温度を下げることで液化される 。潜在的な効率損失は12.79%、すなわち 33.3kWh/kgのうち4.26kWh/kgとなる 。^{[ 167 ]}