Uhlíkové materiály, jako je grafen a uhlíkové nanotrubičky, byly zkoumány jako prostředek pro skladování vodíku. Tyto materiály mají velký povrch a mohou fyzikálně absorbovat plynný vodík, což jim umožňuje uchovávat velké množství vodíku v malém objemu. Kapacita těchto materiálů pro skladování vodíku je však omezena jejich povrchem a velikostí pórů, a proto mohou skladovat pouze malé množství vodíku najednou. Kromě toho může být proces absorpce a uvolňování vodíku z těchto materiálů pomalý, což je činí méně praktickými pro použití v aplikacích skladování vodíku.

Existuje několik různých způsobů skladování vodíku v uhlíkových materiálech, včetně fyzikální adsorpce, chemické adsorpce a chemické reakce.

Fyzikální adsorpce nastává, když jsou molekuly vodíku přitahovány k povrchu uhlíkového materiálu v důsledku van der Waalsových sil. Tento typ skladování vodíku je vratný, což znamená, že vodík lze z materiálu snadno uvolnit snížením tlaku nebo zvýšením teploty. Fyzikální adsorpce může být použita ke skladování vodíku při vysokých tlacích (až do přibližně 35 MPa) a při pokojové teplotě, ale skladovací kapacita je omezena plochou povrchu materiálu.

Van der Waalsovy síly jsou slabé přitažlivé síly, které vznikají mezi neutrálními atomy a molekulami. Jsou typem nekovalentní interakce a jsou způsobeny dočasnými fluktuacemi elektronové hustoty. Tři typy van der Waalsových sil jsou londýnské disperzní síly, dipólově-dipólové interakce a kvadrupólově-kvadrupólové interakce. Tyto síly jsou zodpovědné za chování plynů a kapalin a hrají také roli při stabilitě biomolekul a tvorbě krystalů.

Chemická adsorpce zahrnuje vytvoření chemické vazby mezi vodíkem a uhlíkatým materiálem. Tento typ skladování vodíku je rovněž vratný, ale vazba je silnější než van der Waalsovy síly při fyzikální adsorpci, takže k uvolnění vodíku je zapotřebí více energie. Chemickou adsorpci lze použít ke skladování vodíku při nižších tlacích (pod 10 MPa) a při nižších teplotách.

Chemická reakce zahrnuje vznik nové sloučeniny reakcí vodíku s uhlíkatým materiálem. Tento typ skladování vodíku není vratný a vodík nelze z materiálu snadno uvolnit. Chemickou reakci však lze využít k uskladnění velkého množství vodíku v malém objemu.

Celkově mají uhlíkové materiály pro skladování vodíku několik atraktivních vlastností, včetně velkého povrchu, vysoké pevnosti a nízké hmotnosti. Skladovací kapacita těchto materiálů je však omezená a proces absorpce a uvolňování vodíku může být pomalý, což je činí méně praktickými pro použití v mnoha aplikacích skladování vodíku.

Mezi uhlíkové nanostruktury patří vysoce porézní grafit a uhlíkové nanotrubičky. V poslední době se pozornost zaměřuje na studium jednostěnných nanotrubic, které mají velký potenciál pro skladování vodíku. Na této problematice pracuje mnoho výzkumných týmů po celém světě.

Základním stavebním prvkem nanotrubiček je grafit. Nanotrubičky jsou tvořeny jednou nebo několika vrstvami svinutými do trubičky konečné délky. Průměr trubiček je 0,7 až 3 nm. (Krček, 2010, s. 22).