Hosszú ideig a megfelelő hidrogéntároló rendszer rendelkezésre állása jelentette az egyik legnagyobb akadályt a hidrogén nagymértékű felhasználása előtt, különösen a közlekedési ágazatban. A hidrogén korlátozásának problémái annak fizikai és kémiai jellemzőiből fakadnak, mivel bár a hidrogén olyan tüzelőanyag, amelynek tömegegységenként nagy az energiasűrűsége, folyékony és gáz halmazállapotban is nagyon alacsony a térfogatú energiasűrűsége. Ezenkívül a hidrogén nagy diffúzióval és permeabilitással rendelkezik, ami még szilárd anyagokon keresztül is képes diffundálni, ami mind a tárolt tüzelőanyag elvesztését vonja maga után, mind pedig a légkörbe engedve, valamint az elem korlátozásához felhasznált fémek esetleges feldarabolódását, az acélt példa.
Más tüzelőanyagokkal összehasonlítva a hidrogénhez nagyobb tartályokra van szükség ugyanolyan mennyiségű energia tárolásához. A hidrogén alacsony sűrűsége miatt tárolása mindig nagy mennyiségeket igényel, és nagy nyomásokkal jár, nagyon alacsony hőmérsékleten és/vagy más anyagokkal kombinálva (sokkal nehezebb, mint maga a hidrogén).
A hidrogén tárolásának leggyakoribb módja a nagynyomású tartályok. A tipikus tárolási nyomás 200 bar, 350 bar (évekkel ezelőtt a járművekre szerelt tartályoknál szokásos) és 700 bar, ami jelenleg az autóiparban használt szabvány. A laboratóriumokban a nyomás alatt lévő gázokat, például a nitrogént vagy az oxigént, általában golyókban vagy acélpalackokban tárolják, azonban az ilyen típusú tartályok nem praktikusak a legtöbb hidrogén-alkalmazásnál, mert nagyon nehézek. Emiatt olyan könnyű tartályokat fejlesztettek ki, amelyek összetett anyagok alapján készültek, például a Toyota Mirai-ra szerelt háromrétegűek. Belső réteg nejlon alapú műanyag polimerből, alacsony hidrogénáteresztő képességgel. Szénszálas epoxigyanta közbenső réteg, amely megadja a tartály szerkezeti merevségét. És végül egy üvegszál alapú kompozit anyagból készült külső héj, amely megvédi a tartályt az esetleges kopásoktól. Ily módon kompozit anyagok felhasználásával jelentősen csökkenthető a szállítandó tartályok súlya.
Toyota Mirai nagynyomású hidrogén tartály
| Nyomás (MPa) | 0,0101325 | 200 | 350 | 700 |
| Térfogat (L) | 11934 | 68.4 | 42.7 | 25.7 |
1. táblázat: 1 kg hidrogén 20 ° C-on történő tárolásához szükséges térfogat a nyomás függvényében.
Egy másik lehetőség a hidrogén folyékony állapotban történő tárolása, azonban ahhoz, hogy a hidrogén kriogén állapotban legyen, -253ºC hőmérsékletet kell tartani. Ezért a hidrogén cseppfolyósításához bizonyos mennyiségű energiára van szükség a hőmérséklet 20,3 K-ra történő csökkentésére az abszolút nulla fölött, emellett erősen szigetelt tartályokra is szükség van egy ilyen alacsony hőmérséklet fenntartásához. Ez a módszer viszonylag nagy mennyiségű hidrogén tárolására szolgál. Ezzel a módszerrel azonban a hidrogént nem lehet hosszú ideig tárolni, annak költsége miatt, hogy mennyire folyékony állapotban tartják a hidrogént, és az esetlegesen fellépő veszteségek miatt. A BMW kis tartályokat használó prototípusokban kifejlesztette és alkalmazta a folyékony hidrogén technológiát.
A harmadik lehetőség, amely jelenleg a legkevésbé használt, de ennek ellenére az egyik legjobban vizsgált lehetőség, a hidrogén fémhidridek formájában történő tárolása. Különböző fémek és ötvözetek, például magnézium, titán, vas, mangán, nikkel vagy króm hidrogén jelenlétében fémhidrideket képeznek. A hidrogénatomok a fémszerkezetbe vannak csomagolva, így nagyobb hidrogéntárolási sűrűség érhető el, mint a sűrített hidrogénnel. Az acélpalackokhoz hasonló módon az ilyen típusú tárolással az a probléma, hogy a fémek önmagukban nagyon nehézek, ami különféle alkalmazásokat nehezíthet meg, amelyekben a súly a meghatározó tényező. A felhasználáshoz a hidrogén felszabadításához a fémhidridekből hőre van szükség, valójában maga az üzemanyagcella által termelt hulladékhő elegendő ahhoz, hogy a hidrogén felszabaduljon az alacsony hőmérsékletű fémhidrid rácsból. Bár nem azonnal jelenik meg.
A mai napig találtak egy hidrogén tároló megoldást, amely elég jónak tűnik ahhoz, hogy piacképes legyen, legalábbis az autóiparban. Vagyis különböző rétegű kompozit anyagokból készült tartályok, amelyek nyomás alatt lehetővé teszik a hidrogén biztonságos tárolását. A hidrogén tárolása körül azonban számos kutatási vonal nyitott, mert bár a problémára sikerült első megoldást találni, lehet, hogy nem a legjobb vagy a legolcsóbb. Ezen túlmenően, az autóipartól eltérő alkalmazásoknál lehetséges, hogy a kriogén hidrogén, például az űrhordozó alkalmazások vagy a fémhidridek alkalmazása nagyobb hasznosságot mutat, mint a sűrített hidrogén.