储氢研究中，一个重要环节是计算储氢量。如何计算储氢量与所用的实验方法有关，其中最可靠的方法是通过气体状态方程计算一个封闭体系中气体摩尔量的减少(容积法)，或者称量氢载体质量的增加(质量法)，两者都涉及到基于气体状态方程的运算。常温(25．15℃)下的氢气状态可用范德华方程描述：
P(V)=nRTV-nb-an2V2(5-12)式中，n为物质的量，mol；R为气体常数，R=8．314J／(K·mo1)；a为偶极作用或排斥常数，a=2．476×10-2m6·Pa／mol；6为氢分子本身占据的体积，b=2．661×10-5m3／mol。氢分子之间强烈的排斥力造成氢气很低的临界温度(Tc=33K)。实际上可通过压缩因子修正实际气体与理想气体之间的行为差别：
pV=nzRT(5—13)
对于理想气体z=1。不同温度、压力条件下的z值通常依据一个状态方程计算。在低温和较高压力条件下，范德华方程的准确度较差。比较了SRK和BWR方程对于描述氢气状态的准确性及其对氢气吸附量计算结果的影响，发现压缩因子数值的误差可引起氢气吸附量大约2％的相对误差。每个状态方程都是在一定的温度、压力条件下对实际气体状态的近似描述，与其通过状态方程确定压缩因子不如根据氢气P-V-T的实验数据直接确定压缩因子的值，表5-2给出若干温度下压缩因子对压力的多项式关联系数。
根据氢气压缩因子的值，即可计算某一温度下达到一定的氢气密度所需的压力。
z-p多项式关联系数
T/KC0C1C2C3C4601-3．56359×10-42．17874×10-73．48354×10-11-310679×10-147711．37792×10-47.02630×10-84.58762×10-11-2．28420×10-1493151384988×10-52.18529×10-83.18068×10-11-1．27753×10-14113151155535×10-59.97491×10-91．03778×10-11313014×10-15133151365001×10-57.25818×10-92.53471×10-12459451×10-16153151422492×10-59．07270×10-9-9.32954×10-131.03267×10-16173.15l422929×10-51.17902×10-8-3.23481×10-124.Z7207×10-16193．151422528×10-5107812×10-8-3.15062×10-123.96269×10-16213．1514．32526×10-56.73138×10-9-1.50426×10-121.54717×10-162331514.48189×10-51.41949×10-97．13390×10-13-1．53686×10-16253151-2.21317×10-92．12955×10-12-3．41678×10-162731514．29422×10-l.38070×10-9152607×1010-12-2.48483×10-162931513．66664×10-55.34991×10-91．66244×10-12l.94641×10-162981513.44635×10-57.97590×10-92.86657×10-123.59834×10-163131514.20779×10-5-4．61076×10-92．38176×10-12-3.24542×10-16333．1514.08451×10-5-4．33640×10-91．87267×10-12-2.32438×10-16。
如果在储存压缩氢气的容器中放入某些固体物质，并且氢气与该物质表面原子之间的引力大于氢气分子之间的引力，则固体表面的氢气密度必然增高，因此通过吸附可以降低达到一定气体密度所需的压力。如果在固体占据的空间内，氢气总量超过压缩本身所达到的气体量，氢气的储存便得到了强化。此种物质通常称为储氢材料。但储氢材料不都是利用吸附的原理，也可能是基于某种化学反应。氢原子只有一个电子的原子结构注定了它的特殊的化学性质，氢在与其他元素相互作用时的价态行为不很确定。氢原子的外层电子即可与其他元素(如碳)的外层电子共同构成共价键，也能在离子型化合物中以阴离子H-或阳离子H+形式存在，并且表现出金属行为，在常温下与其他金属或其化合物形成合金。氢的特殊理化性质，注定了储氢方法的多样性和发展空间。
出于实际应用考虑，特别是作为机动车燃料的应用条件限制，对于储氢方法所能达到的氢气密度提出了具体要求，这就是国际上通常所说的美国能源部(DOE)标准：质量密度6．5％，体积密度60kg／m3。这仅仅是技术指标，储氢方法的经济性也是非常重要的。已如前述，氢是人造燃料，氢能本已比石油的能量贵3倍，若储氢环节又把成本拉高很多，即使能够达到技术指标也是不能应用的。同样出于实际应用考虑，对储氢方法提出的另一要求则是吸放氢过程的可逆性。这一要求把所有的共价键碳氢化合物排除在外，因为只有把碳氢化合物加热到800℃以上，氢才能被释放出来。目前以较高的体积密度和质量密度可逆储氢的方法基本有四种，即高压气体、液氢、物理吸附与氢化物方法。下面各节分别说明这四种方法的优缺点和研发工作的进展情况。
(第三节 )高压压缩
高压气体钢瓶是最普通的储氢方法，目前的最高气体压力为22MPa，下一个目标是达到：32MPa。即使达到80MPa压力，氢的密度也只有大约常规沸点液氢密度的一半。随着储气压力的提高，钢瓶的壁厚随之增大，储氢量与气瓶自重之比降低。现在多数压力钢瓶的材料是奥氏体不锈钢、铜或铝合金，它们在常温下对氢的作用不敏感，但很多其他材料，则易发生氢脆，例如合金钢或高强度钢、钛及其合金以及一些镍基合金，都不宜用作储氢气瓶材料。未来的压力钢瓶有三层：内层是聚合物衬里，中间是承受压力的碳纤维复合材料缠绕层和外部的阿拉米德(aramId，聚胺类)材料，承受机械或腐蚀性损毁。工业界为自己设定的目标是：70MP的储气压力，自重110kg，达到6％的质量储存密度和30kg／m3的体积储存密度。如此高压力钢瓶的安全性，特别是在人口稠密地区，是一个受到关注的问题。如果降低气体温度，则可在低得多的压力下达到同样的气体密度，常温下80MPa压力的氢气密度与液氮温度下15MPa压力下的氢气密度相同。虽然降低温度也是需要付出成本的，但压力降低4．3倍的技术、经济与安全效果可能是值得仔细权衡的。
氢气的压缩可采用标准的活塞式机械压缩机。由于氢气的扩散系数很大，也许需要对密封措施作些许改进。氢气等温压缩理论功可通过式(5—14)计算： △G=RTln(PP0)(5—14)
式中，R为气体常数，R=8．314J／(mol·K)；T为绝对温度，K；p与p0分别为终了与起始压力。在0．1～100MPa范围内，式(5-14)的计算误差不超过6％。将氢气从0．1MPa等温压缩到80MPa所需消耗的理论功是2．21kW·h／kg。在一实际的压缩循环中。由于是非等温的，压缩功耗要比理论功耗大得多。后续部分将表明，金属氢化物可以用来压缩氢气。压缩比超过20∶1，终压超过100MPa都是可能的。
(第四节 )氢气液化
液氢储存于常压低温(-251．8℃)容器中。由于氢的临界温度低，而临界温度以上没有液相存在，故液氢只能储存于开放系统。若储存系统是封闭的，则在常温下压力可达1000MPa(1万大气压)。液氢的体积密度为70．8kg／m3，比固氢密度(70．6kg／m3)略高。对液氢储存方式的挑战是液化过程的能量效率以及低温储槽的绝热技术以尽量减少液氢的蒸发损失。
气体首先被压缩，然后在热交换器中冷却，再通过一个节流阀，经历一个等焓焦耳一汤普森膨胀，产生某些液体。将冷气体与液体分离，经过换热器返回压缩机。对于像氮气一类的气体，焦汤循环的反转温度在室温以上，可是氢气在室温下膨胀会变热。为使氢气在膨胀时变冷，氢气的温度必须低于其反转温度(-71℃)。因此，在进行第一个膨胀步骤之前，通常用液氮(-196℃)将氢气预冷。27℃气态氢与-253℃液态氢之问的自由焓变是11640kJ／kg。从室温气体到液态的理论液化功是Wth=3．23kW·h／kg，但目前技术消耗的功是15．2kW·h／kg，几乎是氢下限热值的一半。
储罐中由于散热造成的蒸发损失取决于储罐的大小、形状以及绝热设施。球形是理论上最好的形状，因为它的表面积对体积之比最小，而且应力与张力的分布是均匀的。但是，大尺寸球形容器制造困难，所以价格高。因为蒸发损失与表面／体积比成正比，所以当储罐尺寸增大时，蒸发损失迅速降低。对于双层壁真空绝热杜瓦瓶，50m3的容量每天的蒸发损失为0．4％，100m。的容器为0．2％，20000m3的容器降为0．06％。但即使绝热设计非常完善，液氢的蒸发损失也不能完全避免。由于电子自旋与总的核自旋之间的方向不同，氢分子有正氢与仲氢之别。室温下的氢气含仲氢25％、正氢75％。纯净的正氢是不能得到的。两种氢分子的能量不同，物理性质也不同。仲氢的熔点和沸点比普通氢低约0．1K。在绝对零度时，全部氢分子必然处于转动基态，即变成仲氢。当氢从室温冷却到常压沸点(-251．8℃)时，正氢的比例从室温时的75％降到196℃时的50％，再降到常压沸点时的0．2％。从正氢到仲氢的自动转化是一个速率很低的活化过程，-196℃时转化反应半衰期超过1年。问题在于从正氢到仲氢的转化反应是放热的，转化热是温度的函数，随温度下降而升高。27℃时转化热是270kJ／kg，-196℃时达到519 kJ／kg，低于-196℃后转化焓变为523 kJ／kg并几乎保持恒定。转化焓比常压沸点普氢和仲氢的蒸发潜热(451.9kJ／kg)高。如果储罐内的液氢是未完成转化的普氢，则自转化过程不可避免，并且转化热将在储罐内释放，引起液氢的蒸发损失。从正氢到仲氢的转化可被某些表面活性物质和顺磁物质催化，例如高表面活性炭可使转化平衡在数分钟内达成。
