Existen diversos tipos de materiales sólidos de almacenamiento de hidrógeno, «familias» de materiales. Se trata de diversos materiales con diversas propiedades de capacidad de almacenamiento, reversibilidad, tipos de enlaces, costos, condiciones de operación, etc. Por tanto no es sencillo hacer generalizaciones en el área del almacenamiento de hidrógeno. En la siguiente figura presentamos, las familias de materiales mas característicos.
Materiales almacenadores por fisisorción.
Los materiales almacenadores de hidrógeno por fisisorción deben tener una alta área superficial, esto se logra muy bien en materiales porosos. Los poros frecuentemente son hechos sobre diseño en tamaños nanométricos, donde se pueden acomodar moléculas de hidrógeno (una molécula de hidrógeno, H-H, mide aproximadamente 0.12 nanómetros).
Probablemente los materiales adsorbedores de hidrógeno más prometedores son las estructuras metal-orgánico (MOF, por sus siglas en ingles). Esto se debe a que son como «legos», se pueden ensamblar al gusto y habilidad de quien lo sintetiza. Contienen metales y segmentos orgánicos que se ensamblan para formar estructuras tridimensionales. A la fecha se han publicado del orden del medio millón de MOFs.
En principio, los MOFs podrían ser clave en la solución del almacenamiento de hidrógeno, por medio de la selección correcta del metal y del fragmento orgánico, pero a la fecha no se ha demostrado. La principal desventaja es que este tipo de materiales almacena una buena cantidad de hidrógeno a baja temperatura (77K , -196°C) y altas presiones (100 atm). Pero la capacidad de almacenamiento de hidrógeno disminuye drásticamente a temperatura ambiente (en promedio alrededor del 1 % peso).
En segundo término de popularidad están los carbones nanoestructurados y/o decorados con metales o nitrógeno. De este tipo de materiales destacan los estudios teóricos, de primeros principios o funcionales de densidad que indican buena tendencia de estos materiales hacia el almacenamiento de hidrógeno. También se han propuesto a las zeolitas como materiales porosos de almacenamiento de hidrógeno.
En general todos estos materiales presentan una buena capacidad de almacenamiento de hidrógeno a -196°C (enfriamiento con nitrógeno líquido), pero a temperatura ambiente la capacidad baja a 1.0-1.2 % peso. Además se requiere el uso de altas presiones (normalmente del orden de las 100 atmósferas).
Materiales almacenadores por quimiosorción (absorción).
Estos materiales presentan las mayores variaciones en los tipos y propiedades. Se destacan por la formación de enlaces entre el hidrógeno y los metales del material principal. La formación y ruptura de enlaces durante la hidrogenación y deshidrogenación implica mucha energía. Por tanto, este tipo de materiales usualmente trabaja a temperaturas moderadas-altas (100-400°C) y presiones moderadas-altas (25-150 atm). A estos materiales los podemos clasificar en tres formas generales: los hidruros elementales, los hidruros intermetálicos y los hidruros complejos. Adicionalmente, es posible hacer mezclas entre ellos o bien con otros materiales para formar compositos reactivos de hidruro, mezclas reactivas, o materiales soportados en otros materiales, o nano-encapsulamiento. Finalmente, en últimos años, se han desarrollado las llamadas aleaciones (o soluciones solidas) de alta entropía.