另一个使用纯氢的关键问题是氢气在汽车上的储存问题，如燃料电池直接使用氢气，由于氢气能量密度很小，一次充装的行驶里程有限，现已知的高压储氢的方法下，汽车的续驶里程不超过300公里。为获得足够的行程，大约需要利用车身空间的25%～30%来存放氢气。如燃料电池由汽油或甲醇来提供氢气，则车上需装备重整器，由于启动时，制取氢气和电化学反应速率缓慢，又要增加一个辅助动力源（如蓄电池、电容器）。这样一来，一辆燃料电池汽车要比相同尺寸的内燃机汽车增加400kg质量。
储存氢有几种方法，目前，最有效的方法是将液态氢储放在合适的存储罐内安放在车上。液氢的存储罐系统比普通汽油储箱要复杂，必须邂免外界的传热，以尽量减少氢的蒸发损失。主要的装备是一个真空绝热双层壁不锈钢容器。此外，在两层壁之间还有许多层铝箔，以防止由于辐射造成的传热。除了以液态的方式进行车载储存外，也可以在合适的压力容器内以气态方式储存氢，但是该方法有一定缺点。例如，即便氢气已经过高度压缩，其比容量能量密度仍然偏低，因此气缸或气罐的体积都必须比液氢系统所用的大很多。还有两种氢的储存方法也在研讨中。
①金属氢化物技术。合金充当氢的载体，氢被储放在金属原子间的空隙中。这种方法有很高的比体积储存容量，在使用过程中也非常安全。但是在发挥这些优点之前，首先必须克服这种方法存在的一个基本缺陷：载体重量同其储氢量相比实在是太高了。
②纳米碳存储的技术。在该方案中，氢原子存放在显微水平细小的碳结构内。纳米是长度单位，相当于四倍于原子直径的距离。从长远的观点看，研究员和工程师们都对这种方法应用于机动车寄予希望。
如果解决了氢气在汽车的储存问题，人们一般宁愿选择燃料电池直接使用氢气，而不希望增加一个重整装置再从汽油或甲醇中制取氢气。如果这样，则又存在一个大问题，人类社会必须寻找到一个廉价方便的制取氢的方法，建立若干大的氢气制造工厂，建立一整套加氢站。从寻找新能源的初衷考虑，从化石燃料中制氢的方案被摒除。现在人们正在尝试利用太阳能或风力发电，再将水电解制氢，或从某些细菌、海藻的新陈代谢中制氢等。但氢气能像汽油那样大量、廉价提供给人们的日子还未到来。
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