專利名稱：：用于電化學系統(tǒng)的導電陶瓷的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明總體上涉及用于電化學系統(tǒng)的導電陶瓷，更具體而言，涉及混合離子和電傳導陶瓷。
背景技術(shù)：
：目前，對使用氫作為燃料源有4艮大的關(guān)注。氫可以由例如含碳燃料產(chǎn)生。用于從含碳燃料中分離氫的傳統(tǒng)方法通常需要如圖1所示的步驟。總括地說，這些步驟包括(1)含碳燃料的氣化反應(yīng)產(chǎn)生合成氣(水(H20)、一氧化碳(CO)和其它化合物的混合物)；(2)凈化步驟，其中從合成氣流中去除顆粒；(3)7^氣變M應(yīng)，其中使水和一氧化a應(yīng)以生成氫氣(H2)和二氧化碳(C02);以及(4)氫氣的分離。合成氣可以通過使含碳燃料與水蒸汽、空氣、或純氧反應(yīng)生成氫氣、一氧化碳、二氧化碳、水、以及低級烴的混合物而獲得。由該反應(yīng)產(chǎn)生的顆粒和污染物在后續(xù)步驟中去除。然后，^f吏合成氣流反應(yīng)，從而通過使合成氣流通過合適催化劑、經(jīng)7JC氣變換^^應(yīng)而形成氫氣。^氣變換反應(yīng)如下H20+CO^=^H2+C02更先進的"變換"反應(yīng)器試圖在降低的溫度下獲得化學平衡，同時還在單個反應(yīng)器中完成全部水-氣變M應(yīng)。因此需要隨后的分離步驟以除去在該反應(yīng)中產(chǎn)生的co2，其在該工藝中典型地通過變壓吸附技術(shù)完成。然而，變壓吸附技術(shù)能量消耗量大并無法以連續(xù)方式實施。氣體分離方法的其它實例包括利用通過材料的氣體分子之間的擴散系數(shù)差異的擴散方法來實現(xiàn)氣體分離。在這些方法中使用的材料典型地具有允許較小的分子相對于較大的分子以更高的速率擴散的微孔性，和/或優(yōu)先溶解某些原子或分子，這造成它們遷移通過材料的能力的差異。然而，這些材料的妨害以及成本和能量強度是仍然需要更先進的氫氣分離方法的原因。
發(fā)明內(nèi)容在一個方面，本發(fā)明總體上涉及用于各種用途的不同布置的混合離子和電傳導材料。在一組實施方案中，本發(fā)明涉及用于電化學系統(tǒng)的導電陶瓷，更具體而言，涉及混合離子和電傳導陶瓷。本發(fā)明的各種實施方案涉及相對無孔或致密的混合傳導材料、具有相對低的聯(lián)合電阻率的混合傳導材料，具有特殊的相粒子或顆粒尺寸或等級的用作混合離子和電傳導材料的特定材料，以及包括釆用包括有孔和無孔結(jié)構(gòu)的多層布置的混合離子和電傳導材料的結(jié)構(gòu)，在所述布置中，其某些結(jié)構(gòu)可以支撐其它結(jié)構(gòu)。在另一方面，本發(fā)明還涉及用于由燃料產(chǎn)生能量的系統(tǒng)，其中反應(yīng)器使燃料(和相關(guān)雜質(zhì)，如果存在的話)與可能被燃料的雜質(zhì)或其它組分損壞或妨害的燃料電池或相關(guān)的電化學能量轉(zhuǎn)換裝置物理分離。在某些實施方案中，本發(fā)明還涉及能使氫反應(yīng)以產(chǎn)生電能和水的電化學能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、由水生成氫、以及利用氫作為電化學反應(yīng)中的燃料以產(chǎn)生能量。在又一方面，提供了一種系統(tǒng)，其組合本文所描述的多個單獨的發(fā)明方面。在這種系統(tǒng)中，使包括或單獨基于氫的燃料在反應(yīng)器(例如，燃料電池或其它電化學裝置)的第一部分中反應(yīng)，以產(chǎn)生電能。在反應(yīng)中產(chǎn)生的包括水的廢氣通過消耗不同的第二燃料而驅(qū)動，在反應(yīng)器的第二部分中進行電化學反應(yīng)被再轉(zhuǎn)化成氫。所述第一部分和第二部分可以容納在相同的室或容器內(nèi)，或所述第一和第二部分可以位于如利用管線、管道系統(tǒng)等流體連通的分離容器內(nèi)。在本發(fā)明的某些實施方案中，由此生成的氫可以被用來在第一部分中產(chǎn)生電流，再產(chǎn)生水，其以循環(huán)方式在第二部分中被再轉(zhuǎn)換成氫。在其它實施方案中，在第二部分中由水(其由第一部分產(chǎn)生)產(chǎn)生的氫也可以用于其它目的，例如作為用于不包括第一部分或第二部分的電化學裝置的燃料。在一些實施方案中，第二部分包括混合離子和電傳導材料，其物理隔離第一部分中產(chǎn)生的水與第二部分中提供的第二燃料，除了通過混合傳導材料的離子和/或電子傳導外。這樣，包括如果存在的任意雜質(zhì)的第二燃料可以與第一部分物理隔離，由此防止污染第一部分，如果這種污染可能對第一部分有害的話。在某些情況下，本發(fā)明的主題涉及相關(guān)產(chǎn)物、具體問題的替代解決方案和/或一種或多種系統(tǒng)和/或制品的多種不同用途。在一個方面，本發(fā)明是一種方法。在一組實施方案中，該方法包括以下過程使包含氫的燃料在反應(yīng)器的第一部分中反應(yīng)產(chǎn)生電流和水；使水在反應(yīng)器的第二部分中反應(yīng)產(chǎn)生氫；以及使在反應(yīng)器的第二部分中產(chǎn)生的至少一部分氫反應(yīng)產(chǎn)生電流。才艮據(jù)另一組實施方案，該方法包括以下過程使穿過混合離子和電傳導材料的燃料和7jc反應(yīng)生成氫，其中除穿過材料的離子和電子傳導之外，水與燃料隔離；以及使至少一部分氳反應(yīng)產(chǎn)生電流。在一組實施方案中，該方法包括以下過程利用由包括含有陶瓷離子導體的第一相和含有陶瓷電導體的第二相的材料提供的電子，使水反應(yīng)以產(chǎn)生具有至少約卯％純度的H2(不包括可能存在的任何殘留物、未反應(yīng)的水)。在另一組實施方案中，該方法包括以下過程使含碳燃料反應(yīng)以在材料內(nèi)產(chǎn)生電子，以及使電子與7jc反應(yīng)以在材料內(nèi)產(chǎn)生氧離子，該氧離子能夠與含碳燃料反應(yīng)。在又一組實施方案中，該方法包括以下過程使可氧化物質(zhì)反應(yīng)以在材料內(nèi)產(chǎn)生電子，以及使電子與不與可氧化物質(zhì)物理接觸的可還原物質(zhì)反應(yīng)以產(chǎn)生H2。在部分這些實施方案中，第一相基本在整個材料中互連使得該材料是離子傳導的，并且笫二相基本在整個材料中互連使得該材料是電子傳導的。在一組實施方案中，該方法包括以下過程提供具有第一側(cè)和第二側(cè)的混合離子和電傳導材料，使可氧化物質(zhì)流過所述材料的第一側(cè)，以及使可還原物質(zhì)沿相對于可氧化物質(zhì)的流動基本逆流的方向流過所述材料的第二側(cè)。在另一方面，本發(fā)明包括反應(yīng)器。在一組實施方案中，該反應(yīng)器包括將室分成第一隔室和第二隔室的材料、與第一隔室的入口流體連通的含碳燃料源、以及與第二隔室的入口流體連通的水源。在某些實施方案中，該材料包括含有陶瓷離子導體的第一相和含有陶瓷電導體的第二相。在某些情況下，第一相基本在整個材料中互連使得該材料是離子傳導的，并且第二相基本在整個材料中互連使得該材料是電子傳導的。在另一組實施方案中，該反應(yīng)器包含具有第一側(cè)和第二側(cè)的混合離子和電傳導材料，被導引流過材料第一側(cè)的可氧化物質(zhì)的源，以及被導引沿相對于可氧化物質(zhì)的流動基本逆流的方向流過所述材料的第二側(cè)的可還原物質(zhì)的源。在又一組實施方案中，該反應(yīng)器包括包含具有小于約1開孑Umi^的孔隙率、將室分成第一隔室和第二隔室的混合離子和電傳導材料。在又一組實施方案中，該反應(yīng)器包含將室分成第一隔室和第二隔室的材料，其中該材料包括含有陶瓷離子導體的第一相和含有陶瓷電導體的第二相。在某些情況下，第一相基本在整個材料中互連使得該材料是離子傳導的，并且第二相基本在整個材料中互連使得該材料是電子傳導的。在某些實施方案中，陶瓷電導體包括具有化學式A^SrxTi03的陶瓷，其中x在約0.1至約0.5之間，并且A表示一個或多個原子，各自獨立地選自Y、La、Nb、Yb、Gd、Sm和Pr。在另一組實施方案中，該反應(yīng)器包含將室分成第一隔室和第二隔室的混合離子和電傳導材料。在某些實施方案中，該材料包括含有YSZ("氧化4Z^I定的氧化鋯")材料的第一相和含有YST("釔摻雜的SrTi03")材料的第二相。在某些情況下，第一相基本在整個材料中互連使得該材料是離子傳導的，并且第二相基本在整個材料中互連使得該材料是電子傳導的。在又一組實施方案中，該反應(yīng)器包含將室分成笫一隔室和第二隔室的材料，其中該材料具有小于約1000歐姆cm的電阻率。在某些實施方案中，該材料包括含有陶瓷離子導體的第一相和含有陶瓷電導體的第二相。在又一實施方案中，該應(yīng)器包含將室分成第一隔室和第二隔室的材料。本發(fā)明的另一方面涉及一種系統(tǒng)。在一組實施方案中，該系統(tǒng)包括氣化室；與該氣化室流體連通的燃料源；容納在該氣化室內(nèi)，通過包含陶瓷的材料與該氣化室至少部分流體分離的分離室，其中該材料是離子傳導的；以及與第二隔室流體連通的水源。本發(fā)明的又一方面涉及一種制品。在一組實施方案中，該制品包括基本無孔的材料，該材料包括含有陶瓷離子導體的第一相和含有陶瓷電導體的第二相，以及與該材料物理接觸的多孔襯底。在某些情況下，第一相基本在整個材料中互連使得該材料是離子傳導的，并且第二相基本在整個材料中互連使得該材料是電子傳導的。在另一組實施方案中，該制品包括第一多孔混合離子和電傳導材料，以及物理上與第一多孔混合導電材料接觸的無孔混合離子和電傳導材料。在另一方面，本發(fā)明涉及一種實施本發(fā)明所描述的一個或多個實施方案的方法，例如，包括含有陶瓷離子導體的第一相和含有陶瓷電導體的第二相的材料。在又一方面，本發(fā)明涉及使用本發(fā)明所描述的一個或多個實施方案的方法，例如包括含有陶瓷離子導體的第一相和含有陶瓷電導體的第二相的材料。在結(jié)合附圖考慮時，通過以下對本發(fā)明的各種非限制性實施方案的詳細描述，本發(fā)明的其它優(yōu)點和新特征將變得顯而易見。在本說明書和以引用方式并入的文獻包括抵觸和/或不一致的公開內(nèi)容的情況下，本說明書應(yīng)該處于支配地位。如果以引用方式并入的兩篇或多篇文獻包括關(guān)于彼此抵觸和/或不一致的公開內(nèi)容，則具有更晚生效期的文獻應(yīng)該處于支配地位。將參照附圖通過實施例方式描述本發(fā)明的非限制性實施方案，這些附圖是示意性的并且不是按比例繪制的。在這些附圖中，示出的每一相同或幾乎相同的組件通常用單一附圖標記表示。為了清楚的目的，沒有在每幅附圖中標出所有組件，當圖示對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解本發(fā)明不是必要的時候，也沒有示出本發(fā)明每一實施方案的所有組件。在附圖中圖l是由含碳燃料源產(chǎn)生氫氣的過程的示意圖；圖2A和圖2B是本發(fā)明的各種實施方案的示意圖，其中在電化學裝置中使用本發(fā)明的材料；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案制備的YST-8YSZ材料的XRD圖案與單獨的YST和單獨的8YSZ的XRD圖案的對比；圖4是用于反應(yīng)器中以氧化諸如煤的燃料用來產(chǎn)生氫氣的本發(fā)明一個實施方案的示意圖；圖5是用于反應(yīng)器中以氧化諸如煤的燃料從而產(chǎn)生氫氣的本發(fā)明另一實施方案的示意圖；以及圖6A-6D是可以與本發(fā)明的各種實施方案一起使用的不同燃料電池以及在使用過程中可能發(fā)生的化學反應(yīng)的示意圖。具體實施方式在某些方面，本發(fā)明總體上涉及導電材料，如混合離子和電傳導材料。根據(jù)本發(fā)明提供各種材料、材料組合物、具有有利的離子和電子傳導組分比例的材料、包括這種材料的結(jié)構(gòu)等。在一組實施方案中，本發(fā)明總體上涉及用于電化學系統(tǒng)的導電陶瓷，并且具體涉及混合離子和電傳導陶瓷，其可用于例如由氣化烴氣流的氫氣產(chǎn)生。雖然混合陶瓷導體在本領(lǐng)域是已知的，但本發(fā)明以各種實施方案提供了以特定方式組合以獲得有利的導電性能的可選材料、在多層布置中任選被支撐的薄導電材料等的多相系統(tǒng)。本發(fā)明的一個方面提供了一種包括含有陶瓷離子導體的第一相和含有陶瓷電導體的第二相的材料。這樣的材料的一個實例是包含Sc;j03摻雜的Zr02和釔摻雜的SrTi03的材料。本發(fā)明的另一個方面提供了利用如上所述的那些材料(例如存在于反應(yīng)器膜內(nèi))由例如含碳燃料的燃料產(chǎn)生氫氣體的系統(tǒng)和方法。在某些實施方案中，可以通過原位電解產(chǎn)生基本純的氫氣流。在某些實施方案中，可以使用如上所述的材料，以促進在涉及如含碳燃料的燃料的笫一反應(yīng)和涉及7JC-氫轉(zhuǎn)M應(yīng)(即，其中7JC被還原成氫氣)的第二反應(yīng)之間的離子和/或電子交換。在其它方面，本發(fā)明提供了用于由燃料源如含碳燃料源產(chǎn)生電能的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的各種實施方案使用諸如含碳燃料的燃料，以用于消耗和/或驅(qū)動各種化學反應(yīng)如氫的生成。含碳燃料的實例包括但不限于，導電碳、石墨、類石墨、煤、焦炭、木炭、富勒烯、巴克明斯特富勒烯、炭黑、活性碳、脫色碳、烴燃料、含氧烴、一氧化碳、脂肪、油、木制品(woodproduct)、生物質(zhì)及其組合。烴燃料可以任意地用化學式CxHy表示，盡管實際上，烴燃料還可以包含除碳和氫的另外雜質(zhì)，例如硫(S)、氧(O)、氮(N)等。因此，應(yīng)該理解，如本文所使用的，提及的"烴燃料，，或"CxHy"也可以包括除純烴外的其它雜質(zhì)，例如硫、氧、氮等。因此，烴燃料的非限制性實例將包括飽和和不飽和的烴，脂肪族化合物、脂環(huán)族化合物、芳族化合物及其混合物。烴類燃料的其它非限制性實例包括汽油、柴油、煤油、曱烷、丙烷、丁烷、天然氣及其混合物。含氧烴燃料的實例包括醇，其進一步包括d-C2。醇及其組合。具體實例包括曱醇、乙醇、丙醇、丁醇及其混合物。本發(fā)明的一個實施方案使用煤如煙煤作為燃料。天然煤含有顯著量的結(jié)合氫和水。例如，在Kentucky煙煤中，原子組成近似為CH。.810,，其一旦在8001C下氣化，則產(chǎn)生具有約10—2°atm的氧分壓的氣體混合物。合適燃料的另外實例包括但不限于，流化燃料(fluidizedfuel),如氣化煤、氣化石油焦炭、氣化油、氣化蠟、氣化塑料、氣化廢流、氣化的生物衍生燃料例如木材、農(nóng)業(yè)廢棄物、污泥、或填埋氣體、污水處理廠蒸煮氣、天然氣、甲烷、丙烷、丁烷、柴油、汽油、原油、重油(bunker)(來自石化工業(yè)的副產(chǎn)物)等。如上所述，本發(fā)明的一個方面涉及一種能傳導離子和電子的材料，即該材料表現(xiàn)為"混合傳導"，因為該材料即是離子傳導的又是電子傳導的。本文中該材料可以稱作"混合離子和電傳導材料"、"混合傳導材料"、或"MIEC，，材料。例如，該材料可以包括既是離子傳導又是電子傳導的一元材料(unitarymaterial),或該材料可以包括兩種或多種不連續(xù)相(即，在材料內(nèi)基本具有相同組成的不連續(xù)區(qū))。例如，如圖2A所示，本發(fā)明的材料10可以用于反應(yīng)器中，使高氧分壓環(huán)境12與低氧分壓環(huán)境14分離。在該實施例中，材料IO包括能傳導氧離子的離子傳導相11，和能傳導電子的電傳導相13。在這樣的反應(yīng)器中，使用合適的反應(yīng)物，凈結(jié)果可能是氧從具有高氧分壓的區(qū)域12穿過材料遷移到具有低氧分壓的區(qū)域14。例如，在隔室12內(nèi)，可以發(fā)生還原過程(例如，使7jC轉(zhuǎn)化成氫氣)，而在隔室14內(nèi)，可以發(fā)生氧化過程(例如，使燃料轉(zhuǎn)化成被氧化的燃料，其可以部分或完全氧化，例如氧化成水、二氧化碳、S02等)。由于氧的電離，在某些實施方案中，也可以跨越材料產(chǎn)生電場，其可能形成遷移穿過陶瓷的至少一部分驅(qū)動力。應(yīng)該注意到，雖然在該實施例中使用了氧，但由于離子遷移穿過材料IO，因此在其它實施方案中，代替或除了氧之外，其它物質(zhì)例如氫也可以遷移穿過材料IO。例如，通過識別限定離子或電傳導部分的材料的單獨部分可以辨別混合傳導材料中的不同相。例如，當混合傳導材料是陶瓷時，如下文更詳細描述的，可以通過識別材料內(nèi)的單獨陶資晶粒來辨別不同相，其中，材料的每一相通常包含具有不同化學組成和/或晶格結(jié)構(gòu)的晶粒。例如，使用諸如電子顯微鏡等的已知技術(shù)，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以很容易地辨別材料內(nèi)的不連續(xù)相。在某些情況下，本發(fā)明的材料或該材料的至少一部分(例如，該材料的一個或多個不連續(xù)相)包括陶瓷。例如，在某些實施方案中，該材料包括至少兩相，包括含有離子導體的第一相和含有電導體的第二相，其中第一相和/或第二相是陶瓷。如下文更詳細描述的，這樣的材料的非限制性實例包括YST-YSZ化合物、YST-ScSZ化合物、YST-CGO化合物等。在某些實施方案中，如果存在兩個或多個相，則它們相對于彼此排列，使得第一相基本上在該材料的大部分上完全互連，以使該材料是離子傳導的，和/或第二相基本上在整個該材料上互連，以使該材料是電子傳導的。如本文所使用的，"基本上互連"是指從材料的第一表面延伸至僅位于材料的一個相內(nèi)的材料的第二表面的通路。因此，例如，離子傳導通路允許離子如氧離子從材料的第一表面遷移到材料的第二表面，同時所述離子僅保持在材料的一個相內(nèi)，而電子傳導通路可以使電子僅在材料的一個相內(nèi)從材料的第一表面遷移到材料的第二表面。優(yōu)選地，在該材料中存在多個互連通路，使得從材料的第一表面到材料的第二表面存在多個離子傳導通路和多個電子傳導通路，在某些實施方案中，足以實現(xiàn)如下文所述的導電特性和/或電阻特性。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員利用本文的公開內(nèi)容可以容易地配制材料，以獲得這些結(jié)果。例如，該材料可以包含第一離子傳導相和與該第一相纏繞在一起(例如，3維纏繞)的第二電子傳導相，或該材料可以包含第一離子傳導相和第二電子傳導相穿過的第三相。如果在該材料中存在兩相，則這些相可以以任意比例存在，例如，離子傳導相可以以按重量計約5%至約98%、按重量計約10%至約95%、按重量計約30%至約92%、按重量計約40%至約卯％等之間的百分數(shù)存在于材料中，其余為電子傳導相。在某些實施方案中，例如，在陶資混合離子和電傳導材料的情況下，一相(例如,在多數(shù)陶瓷材料的情況下的離子傳導相)具有顯著大于電子傳導相的電阻率。本發(fā)明認識到這種特征，因此提供了調(diào)節(jié)相對于彼此的兩種材料的比率的能力(以及其它性能，例如密度)以賦予平衡的電導率，同時保持整個材料中的每一相的良好導電性。也就是說，在這種情況下，可以提供相對于電傳導材料更多的離子傳導材料，以彌補增加的離子傳導相電阻率，而無需改變離子與電傳導材料的比例以致于電傳導材料的存在量不足以為整個材料提供充足的電子傳導互連通路以提供充分的電導率。例如，離子傳導相可以以如上文所述的百分數(shù)存在，或按重量計約50%至約90%、或按重量計約60。/。至約88%之間的百分數(shù)存在，其余為電子傳導相。在其它實施方案中，這些比例存在于離子和電子傳導相相對于彼此之間，但是材料中可以存在其它組分，使電子和離子傳導材料的總量降低到它們相對于彼此存在的百分數(shù)以下。如本文所使用的，"離子傳導材料"是其中能夠遷移一種或多種類型的離子如氧離子或氫離子的材料。在一組實施方案中，離子導體是陶瓷離子導體或者包括陶瓷離子導體。在某些情況下，陶瓷離子導體可以包括La-鐵酸鹽材料、二氧化鈰和氧化鋯中的一種或多種，其各自可以是摻雜或無摻雜的，如在下文所詳細描述的。陶瓷離子導體的非限制性實例是La-鐵酸鹽材料，例如包括La、Sr、Cr、Fe、以及O(例如，諸如Lao.2Sr。.8Cr。.2Fe。.803的"LSCrF"材料)的材料。在某些情況下，陶瓷離子導體具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，或立方結(jié)構(gòu)。在相對低的氧分壓下(例如，p02低于約l(T15atm)，在約800匸至約1000X:之間的溫度下，陶資離子導體可以具有約0.2S/cm至約0.8S/cm的離子電導率。在其它情況下，在該溫度下，離子電導率可以為至少約0.2S/cm、至少約0.3S/cm、至少約0.4S/cm、至少約0.5S/cm、至少約0.6S/cm、至少約0.7S/cm、至少約0.8S/cm、至少約0.9S/cm、或至少約1.0S/cm或更高。在一個實施方案中，離子導體包括鈰酸鹽(即，氧化鈰)，例如，鈰土或Ce02。含鈰土的材料包括但不限于Ce02基鉀鈥礦，例如Ceo,9Gd(u02或CekGdx02，其中x不大于約0.5;或鑭摻雜的鈰土，例如(CeOh-n(LaOs)n其中n為約0.01至約0.2。在某些情況下，鈰土可以用釓摻雜。例如，在生產(chǎn)過程中，氧化釓和氧化鈰可以混合在一起生成"CGO"(釓摻雜的氧化鈰)。CGO材料可以具有釣鈦礦結(jié)構(gòu)。CGO材料可以包括約10%至約20%的禮，或約12%至約18%的軋。在某些情況下，在約70ot:至約90ox:之間的溫度下，在相對低的氧分壓(例如，低于約10-"atm)下，和/或在氧化氣氛下，CGO材料可以具有約0.06S/cm至約0.24S/cm之間的電導率。在低于約10"atm的分壓下，CGO材料可以表現(xiàn)出更高的離子電導率。例如，在l(T18atm的分壓和卯Ot:溫度下，CGO材料可以具有超過約0.4S/cm的離子電導率和約1.6S/cm的電子電導率。CGO也可以具有用作還原催化劑的額外優(yōu)點。這種還原可以有效地增加材料的界面面積。在本發(fā)明的又一實施方案中，離子導體包括氧化鋯(即，氧化鋯材料)。氧化鋯材料的實例包括但不限于，(ZrO2)(ZrO2)(HfO2)0.02(Y2O3)0.08、(ZrO2)(Y2O3)0.08、(Zr02)(Hf02)謹(Y203)謹、(ZrO2)(HfO2)。.02(Y2O3),、(Zr02)(Hf02)謹(Y203)謹(Ti02)(u。、(ZrO2)(HfO2),(Y2O3)0.08(Al2O3)0.10、(ZrO2)(Y2O3)0.08(Fe2O3),、(ZrO2)(Y2O3)0.08(CoO)0.05、(ZrO2)(Y2O3),(ZnO)0.05、(Zr02)(Y203)。.Q8(MO)0.05、(Zr02)(Y203)謹(Cu0)。.05、(Zr02)(Y203)o.Q8(MnO),以及Zr02CaO。在某些實施方案中，可以使用一種或多種摻雜劑例如金屬諸如鎳、或過渡金屬諸如Y或Sc,將氧化鋯穩(wěn)定在立方結(jié)構(gòu)中，其加入的量可以足以賦予摻雜的氧化鋯以立方結(jié)構(gòu)。例如，在生產(chǎn)氧化鋯過程中，氧化釔(￥203)和/或氧化鈧(Sc203)可以作為摻雜劑材料加入，以產(chǎn)生氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯材料("YSZ")、氧化鈧穩(wěn)定的氧化鋯材料("ScSZ")、或既用氧化釔又用氧化鈧穩(wěn)定的氧化鋯。如本文所使用的，"穩(wěn)定"氧化鋯是向氧化鋯中加入(摻雜)足以使氧化鋯形成立方結(jié)構(gòu)的量的材料。氧化釔和/或氧化鈧可以以任何合適的濃度，例如以約2mol。/Q、約4mol%、約6mo1。/。、約8mor/。、約10mol。/。等的摩爾比加入。作為非限制性的實例，在約80or;至約iooox:之間的溫度下，可以制備"8YSZ"材料(即，摻雜有8mol。/。氧化釔的YSZ材料)，其可以具有約0.02S/cm至約0.1S/cm之間的離子電導率；或在約800至約1000"C之間的溫度下，可以制備"10ScSZ"材料(即，摻雜有10mol%氧化鈧的ScSZ材料)，其可以具有約0.1S/cm至約0.3S/cm之間的離子電導率。在某些實施方案中，不與離子傳導材料混合的YSZ也可以是有用的。在又一實施方案中，離子導體可以包括具有化學式(Zr02)(Hf02)a(Ti02)b(AU03)c(Y203)d(MxOy)e的材料，其中a為從0至約0.2，b為從0至約0.5，c為從0至約0.5，d為從0至約0.5,x大于0且小于或等于2,y大于0且小于或等于3，e為從0至約0.5，以及M選自鈣、鎂、錳、鐵、鈷、鎳、銅和鋅。非限制性的實例包括LaGa03基釣鈥礦氧化物，例如LahAxGa^By03，其中A可以是Sr或Ca,B可以是Mg、Fe、Co，以及x為從約0.1至約0.5，y為從約0.1至約0.5(例如，Lao.9Sr(uGao.8Mgo.203);PrGa03基釣鈥礦氧化物電解質(zhì)，例如Pr。.93Sr瞎Ga。.85Mgcu503或Pr0.93Ca().。7Ga。.85Mg。.15O3;以及832111205基4丐鈥礦氧化物電解質(zhì)，例如Ba2(Iih-xGax)205或(Ba^Lax)In205，其中x為從約0.2至約0.5。如本文所使用的，"電子傳導材料"是電子可以容易地遷移通過的材料。電子導體可以是例如導電材料或半導體材料。在一組實施方案中，電子導體可以是陶瓷電子導體或者包括陶瓷電子導體。例如，陶瓷電子導體可以包括LST材料、YST材料、YLST材料、以及LCC材料中的一種或多種。如本文所使用的，"LCC"是指任意鑭-鉀-鉻氧化物，即LCC材料包括La、Ca、Cr和O，例如，La0.8Cao.2Cr03。在某些實施方案中，Lao.8Cao.2Cr03可以具有約40S/cm(例如，在還原氣氛下)至約80S/cm(例如，在氧化氣氛下)之間范圍內(nèi)的電子電導率。在某些情況下，在可以采用在1400"C下無壓燒結(jié)至LCC的真密度。在一個實施方案中，陶瓷電子導體包括YST(Y-Sr-Ti)材料，即包括Y、Sr、Ti和O的陶瓷材料，例如SrQ.88Y,Ti03。在某些情況下，YST材料可以具有化學式Y(jié)kLaJi03,其中x可以在約0.1至約0.5之間，或在某些情況下在約0.2至約0.4之間。在某些情況下，YST材料也可以具有還原電相^極化。在某些實施方案中，可以通過用釔摻雜SrTi03來制備YST材料。這種YSZ材料在高溫下可以具有相對高的電子電導率，例如在80ox:溫度下和在約io-"至約10"atm之間的氧分壓下具有約50S/cm至約80S/cm的電子電導率。作為特別的非限制性實施例，制備YST材料并在1400t:下燒結(jié)。該材料的X射線衍射("XRD，，)分析表明沒有反應(yīng)發(fā)生(圖3)，并且通過SEM分析表明非常致密。在圖3中，上面的圖示出在1400匸下燒結(jié)5小時的50/50wt%的YST-8YSZ材料的XRD圖案。兩個較小的圖(在下面)示出才艮據(jù)單獨的YST和單獨的YSZ的已知標準的兩個單一組分的XRD圖案。在上面的圖中的每一條線在兩個較小的圖上都被發(fā)現(xiàn)，因此可以推斷，在本實施例中沒有形成可以利用XRD探測到的新的化合物。在另一實施方案中，陶瓷電子導體可以包括含有LST(La-Sr-Ti)材料的材料，即包括La、Sr、Ti以及O的陶瓷材料。該材料可以例如通過使SrTi03與氧化鑭摻雜來制備。在某些實施方案中，LST材料可以具有化學式Sn-xLaxTi03，其中x可以在約0.1至約0.5之間，或在一些情況下在約0.2至約0.4之間。例如，氧化鑭可以作為約20mol%La至約40mol。/。之間的濃度的摻雜劑加入。在又一實施方案中，陶瓷電子導體可以既是LST又是YST材料("YLST"材料)，即陶資材料包含Y、La、Sr、Ti以及O。YLST材料可以具有化學式(YzSr^)kLaxTi03，其中x可以在約0.1至約0.5之間，或在一些情況下在約0.2至約0.4之間，以及z可以是0到1之間的任何數(shù)，例如，0.25、0.5、0.75等。在又一實施方案中，該材料可以包含用Y、La、Nb、Yb、Gd、Sm以及Pr中的一種或多種摻雜的鈦酸鍶。例如，在一個實施方案中，該材料具有化學式A^SrxTi03,其中A表示一個或多個原子，各自獨立地選自Y、La、Nb、Yb、Gd、Sm或Pr，x可以在約0.1至約0.5之間，或在一些情況下在約0.2至約0.4之間。例如，在該結(jié)構(gòu)中的A^可以表示A、(即，A、.xLaxTi03)、A、A^2(即，A^A^LaxTK^)、A^A^A2^(即，A^A^A^LaxTiOs)、…，等，其中A1,A2,A3，…，等各自獨立地選自Y、La、Nb、Yb、Gd、Sm或Pr，并且a"a2，a3，…，等中的每一個合計為l-x。如上文所述，本發(fā)明提供了其中電子和離子傳導相表現(xiàn)良好的材料，并且這通常意味著提供遍及材料的分別互連的、連續(xù)的離子和電傳導通路的良好網(wǎng)絡(luò)。在這點上，上文描述了相對于彼此(其中提供兩相材料)的各相的比例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容可以調(diào)整以獲得良好導電率的另外參lbl材料的密度和/或孔隙率。通常，更致密的材料將包括在材料相的單一部分(例如，陶瓷的晶粒)之間更大的接觸，使存在的每一連續(xù)導電通路最大化。例如，在某些情況下，混合離子和電傳導材料可以具有至少約80%的密度。例如，該材料的密度可以為至少約85%、至少約卯％、或至少約95%，基于體積測量。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將知曉用于基于體積來測量材料的相對密度的合適技術(shù)。在某些實施方案中，混合離子和電傳導材料是基本無孔的，即材料的孔隙率小于約1開孔/mm2，這可以改善離子和/或電傳導率。例如，該材料可以具有小于約1開孑L/mi^的孔隙率等。材料中的"開孔，，可以通過以下步驟來測量，通過從材料的一側(cè)到另一側(cè)產(chǎn)生至少約5psi(34.5kPa)的壓力差，用液體如乙醇的薄膜來涂覆低壓表面，以及確定由壓力差產(chǎn)生的氣泡數(shù)，其中存在的氣泡流表示存在的開孔。確定孔隙率的另一實例方法為氦泄漏試驗，其中需Mcm2單元面積和每psi壓力至多約0.01cm3/min的氦泄漏率(lpsi為約6.9千帕(kPa))。根據(jù)本發(fā)明的公開內(nèi)容，可以進行密度、無孔性、離子與電傳導相的比例、和/或其它調(diào)整的組合以調(diào)節(jié)材料的組合電導率，即組合(離子和電)電阻率。例如，材料的電阻率可以小于約1000歐姆cm(ftcm)、小于約750歐姆cm、小于約500歐姆cm、小于約250歐姆cm、小于約200歐姆cm、小于約150歐姆cm、小于約100歐姆cm等。在某些情況下，該材料也可以基本不透氣的，即該材料可以用來保持在材料一側(cè)的室的第一隔室內(nèi)第一氣體與材料的另一側(cè)的第二隔室內(nèi)第二氣體的分離(例如，如圖2A示意性示出的，在材料的每一側(cè)上具有隔室)，兩種氣體處于環(huán)境壓力(約latm)下。例如，離子和電傳導材料可以是充分不透氣的，如果兩種氣體置于混合離子和電傳導材料的各一側(cè)，則在至少一天的期間后，在材料的各一側(cè)的小于約5%的氣體、小于約3%、或小于約1%的氣體能夠混合。在某些情況下，在一天后并不能檢測到氣體的混合。然而，在其他實施方案中，該材料是多孔的，并允許至少一些氣體經(jīng)其遷移。在某些情況下，該材料可以是選擇性滲透的，也就是說，對一些氣體是可滲透的，但對于其它氣體是不可滲透的。例如，該材料可以對氫氣可滲透，但對其它氣體不可滲透。在一個實施方案中，該材料U夠多孔的，使得在材料的第一側(cè)和第二側(cè)之間的壓力差可以用來引導氣體穿過該材料傳遞，例如，從高壓到低壓。在其它實施方案中，該材料在環(huán)境壓力下是氣體不可滲透的，但在高壓下，該材料可以是對氣體可滲透的或選擇性可滲透的。在一組實施方案中，本發(fā)明提供利用混合離子和電傳導材料的結(jié)構(gòu)。例如，該混合離子和電傳導材料的位置可以設(shè)置為接觸襯底例如多孔襯底。多孔襯底可具有的孔隙率至少足以允許氣體諸如氧氣、氫氣、和/或水蒸汽ii^材料，同時提供材料的至少某些力學穩(wěn)定性，例如，當混合離子和電傳導材料作為薄膜層存在時，例如厚度小于約50微米，例如在約10至約20微米之間或者在約10至約40微米之間。在這些或其它厚度下，該材料還可以具有特別高的總長厚比，即其厚度相對于垂直于該厚度的另一尺寸或相對于各自垂直于該厚度的其它兩個尺寸可以非常小。長厚比定義為至少一個垂直于厚度的尺寸與厚度自身的比率，可以提供具有長厚比為至少約5:1，10:1,20:1,50:1，或100:1的本發(fā)明混合導電材料，任選具有可以是多孔的鄰接支撐襯底(例如，分層排列)。襯底可以具有任意形狀。例如，在一個實施方案中，將材料沉積在作為多孔管的襯底的外部。在另一實施方案中，材料沉積在平面多孔襯底的表面上。該多孔襯底可以為任意合適的多孔材料，例如陶資、聚合物、或金屬。因此，在一組實施方案中，提供的混合離子和電傳導材料可以是陶瓷，其具有第一側(cè)和第二對側(cè)，一側(cè)或兩側(cè)由多孔支撐層定址(address)。一個或多個多孔支撐層可以自身是混合離子和電傳導材料，或僅僅離子導體或電導體，并且在某些情況下各自可以由輔助的多孔惰性層支撐。在一種這樣的排列中，多層結(jié)構(gòu)存在為包括第一多孔層和第二陶瓷致密混合傳導材料。在另一排列中，多層結(jié)構(gòu)包括第一多孔層、第二陶瓷致密混合傳導材料和第三多孔層。在又一排列中，多層結(jié)構(gòu)包括第一多孔層、第二多孔混合傳導材料、第三陶瓷致密混合傳導材料、以及第四多孔混合傳導材料。在另一排列中，多層結(jié)構(gòu)存在為包括第一多孔層、第二多孔混合傳導材料、第三陶瓷致密混合傳導材料、第四多孔混合傳導材料、以及第五多孔層。在某些情況下，例如，如果沉積的材料表面太"光滑"，則可以向已沉積在多孔襯底上的混合傳導材料表面加入粉末附加層。例如，粉末可以是混合傳導材料的粉末，其可以沉積在混合傳導材料的表面上，或另外類型的粉末。在一種實施方案中，使用真空侵入(vacuumintrusion)來沉積粉末附加層，其也可以有助于減少某些情況下粉末的極化。在本發(fā)明的另一方面，如本文所描述的，利用容納混合離子和電傳導材料的反應(yīng)器來產(chǎn)生氫例如基本純的氫氣。例如，參照圖2B，混合離子和電傳導材料10可以用來分離第一隔室21和第二隔室22。在隔室21中，燃料被氧化，例如產(chǎn)生氧化的燃料，其可以部分或完全氧化，例如氧化成水、二氧化碳、s02等，而在隔室22內(nèi)，發(fā)生還原反應(yīng)，例如水被還原產(chǎn)生氫氣，即原位電解。由7jC還原成氫氣(或其它還原反應(yīng))產(chǎn)生的氧穿過材料10從隔室22遷移至隔室21，其中所述氧可以與燃料反應(yīng)，同時由燃料氧化產(chǎn)生的電子穿過材料10返回，參與將水還原為氫氣。在該反應(yīng)中產(chǎn)生的氫氣可以被分離和離析，和/或通入可以消耗氫的裝置，例如下文詳細討論的燃料電池。因此，在某些實施方案中，本發(fā)明的反應(yīng)器可以氧化燃料，同時在同一反應(yīng)器中產(chǎn)生氫氣。在某些實施方案中，用來氧化燃料的氧僅來自處于穩(wěn)態(tài)的混合傳導材料，盡管為了啟動和熱平衡要求可以加入額外的氧。然而，在其它實施方案中，即使在穩(wěn)態(tài)過程中也可以供給額外的氧，例如，如果期望燃料的更完全氧化，如果需要更高的反應(yīng)溫度等。由反應(yīng)器產(chǎn)生的氫氣可以在第一氣流中排出反應(yīng)器，同時由燃料氧化產(chǎn)生的廢氣可以在第二氣流中排出反應(yīng)器，和/或用于反應(yīng)器內(nèi)的其它操作中。因此，當在與其中燃料被氧化的隔室物理分隔的隔室內(nèi)產(chǎn)生氫氣時，由反應(yīng)器產(chǎn)生的氫氣基本上是純的并且沒有污染物(氣態(tài)顆粒等，例如其可以存在于燃料中)。這樣的物理分離布置可以是有利的，例如，在燃料中的雜質(zhì)或其它組分可能損害或阻礙水還原為氫氣的實施方案中。因此，在某些實施方案中可以產(chǎn)生基本純的氫氣流。例如，基本純的氫氣流可以為至少約90°/。、至少約95。/q、至少約97%、至少約98%、或至少約99%的純度，基于體積。然而，在其它實施方案中，一些水可以存在于排除反應(yīng)器的氫氣流(即，"濕氫"氣流)中。當然，在這樣的情況下，該濕氫氣流在離開反應(yīng)器之前和/或之后，可以任選地l^被分離成水和氫氣，例如，利用冷凝操作。在某些情況下，廢氣可以在反應(yīng)器內(nèi)再循環(huán)，例如，用于促進燃料如含碳燃料諸如煤的氣化。再循環(huán)過程的實例示于圖4和圖5中。在一個實施方案中，從反應(yīng)器排出的部分氧化的燃料可以被再循環(huán)，以實現(xiàn)進一步氧化。在另一實施方案中，根據(jù)以下吸熱>^應(yīng)，可以使用諸如水和二氧化碳的廢氣作為氣化煤的反應(yīng)物C+C02=^5=^2COAH=+170kJ/mo1在800。C下C+H20CO+H2AH=+136kJ/mol在800。C下在本發(fā)明的某些實施方案中，在混合傳導材料的兩側(cè)使用相同的壓力。然而，在本發(fā)明的其它實施方案中，材料上的壓力不必相同。例如，在某些情況下，7jC-氫^^應(yīng)隔室內(nèi)的壓力可以更高，而在其它實施方案中，在該隔室內(nèi)的反應(yīng)可以小于燃料氧化隔室內(nèi)的壓力。在某些情況下，材料上的一種或兩種壓力可以是環(huán)境壓力。即使該材料是多孔的和/或至少部分選擇性滲透的，但仍然可以產(chǎn)生基本純的氫氣，例如，如果7K-氫反應(yīng)室的壓力大于燃料氧化隔室內(nèi)的壓力，則由于壓力差使得來自燃料氧化隔室的氣體不能穿過材料。如上文所述，反應(yīng)器并不一定必須要求由合成氣直接產(chǎn)生氫氣的7K氣變M應(yīng)，因此原始氣化的含碳燃料氣流可以被氧化產(chǎn)生氫氣，與現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)相反，現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中的燃料或合成氣需要附加處理以不含污染物例如H2S，該污染物可以毒害現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)內(nèi)的催化劑。在某些實施方案中，反應(yīng)器可以置于氣化器隔室自身(即，其中使含碳燃料反應(yīng)以生成氣化烴例如合成氣的室)內(nèi)，例如，如在圖5所示的實施例中所舉例說明的，并在下文詳細討論。應(yīng)該注意到，如上文所述的系統(tǒng)僅作為實施例方式且不用于限制，并且其它反應(yīng)也可以認為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，在還原隔室內(nèi)可以釆用任何還原反應(yīng)，除使水還原為氫氣外，其還能夠產(chǎn)生可穿過混合傳導材料遷移的離子，例如產(chǎn)生氧離子、氫離子等的還原反應(yīng)。類似地，除含碳燃料外，在氧化隔室內(nèi)可以使用其它燃料，該燃料當被氧化(部分地或完全地)時可以產(chǎn)生可以穿過混合傳導材料遷移的電子。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，上述系統(tǒng)將用于任何工藝，其中在混合傳導材料的一側(cè)存在可氧化物質(zhì)，如本文所描述，并且在另一側(cè)存在可還原物質(zhì)。因此，作為另一實施例，在混合傳導材料的一側(cè)C02可以被還原成CO，而在混合導電材料的其它側(cè)甲烷(例如，來自天然氣)可以被氧化，例如，如下所示4C02+8e—4CO+402陰極CH4+402—C02+2H20+8e陽極在一組實施方案中，在可氧化物質(zhì)(例如，燃料)和可還原物質(zhì)(例如，水)的反應(yīng)器中的流動可以是并流的，例如穿過混合傳導材料的兩種物質(zhì)的流動在基本相同的方向上發(fā)生。然而，在其它實施方案中，流動可以是逆流(例如，兩種物質(zhì)的流動在基本相反的方向上)或錯流(例如，兩種物質(zhì)的流動不是并流也不是逆流)。相對于并流或錯流，逆流可以給出某些優(yōu)點，例如，較高的效率或反應(yīng)后產(chǎn)物流的較好純度。例如，在逆流中，當^反應(yīng)器的可氧化物質(zhì)離開反應(yīng)器時可以基本上被氧化(例如，通過在可氧化物質(zhì)出口附近與基本上未還原的可還原物質(zhì)的電子/離子連通)，而i^A^應(yīng)器的可還原物質(zhì)離開反應(yīng)器時可以基本上被還原(例如，通過在可還原物質(zhì)出口附近與基本上未氧化的可氧化物質(zhì)的電子/離子連通)。這種反應(yīng)器的一個非限制性的實施例示于圖4中，其中及JL器50包括多個不同單元或位于其中的容器。在該圖示意性示出的布置中，水和燃料源例如煤供應(yīng)至反應(yīng)器50，并反應(yīng)生成氫氣和廢氣例如C02。將煤缺器(coalfeed)52中的煤供給氣化器53。當然，在其它實施方案中，可以使用替代煤或除了煤之外的其它燃料，例如含碳燃料，諸如前述的那些燃料。在氣化器內(nèi)，煤(或其它燃料)被分解并流化成烴流，例如包含水、CO、co2、低級烴(例如，含碳數(shù)小于最初供給氣化器的有機分子)的氣流、未反應(yīng)的烴、和/或其它化合物，例如雜質(zhì)、無機體(inorganicentity)等。在某些實施方案中，以形成合成氣的方式進行氣化。典型地，烴氣流將包括雜質(zhì)、未^^應(yīng)的燃料等。在某些情況下，這些物質(zhì)可以作為顆粒存在于氣流中。在某些情況下，這些物質(zhì)可以利用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的分離技術(shù)，例如使用過濾器、旋風分離器、離心分離器、碰撞分離器等從烴氣流中除去。例如，如圖4所示，^X分離器55用來使氣化器53內(nèi)產(chǎn)生的烴氣流57與各種雜質(zhì)、未反應(yīng)燃料等分離。任選地，雜質(zhì)、未反應(yīng)的燃料等可以在氣流59中供應(yīng)回氣化器53。烴氣流離開4tX分離器55時，從氣流61流至>^應(yīng)室60。氣流62也iiA^應(yīng)室60。氣流62含有水，例如，其可以以蒸汽存在。含有混合傳導材料的反應(yīng)室60將反應(yīng)室分成兩個隔室(或多個隔室)，至少一個所述隔室由氣流61供應(yīng)，而至少一個所述室分別由氣流62供應(yīng)。在>^應(yīng)室60內(nèi)，烴氣流,皮氧化，例如，完全氧化成CO"而7JC被還原成H2，例如利用圖2B示意性圖解說明的反應(yīng)。H2(其可以或不可以包括水)通過氣流64(并且可以被收集和/或純化)離開反應(yīng)器，而被氧化的燃料通過氣流63離開反應(yīng)器。在某些情況下，例如，使用熱流動68所指示的熱交換器，熱可以在氣流62和64之間交換，這可以增加總效率。在某些實施方案中，才艮據(jù)反應(yīng)室60的效率，可以向氣流63添加滌氣器和/或吸收床(未示出)。氣流63—旦離開反應(yīng)室60，就被供回至氣化器53。這導致再循環(huán)操作，該操作可以增加系統(tǒng)的總效率。在圖4所示的實施例中，氣流63分成氣流66和氣流67。氣流66供應(yīng)至煤層，為用于下一循環(huán)的氣化劑，而氣流67供應(yīng)至燃燒器，其中殘留的CO與通過氣流69引入的氧或空氣燃燒。這在氣化器53內(nèi)用虛線表示，其代表例如反應(yīng)器內(nèi)的管束，燃燒產(chǎn)物可以流過該管束。這些燃燒產(chǎn)物向氣化器釋放熱，其可以促進吸熱氣化過程。然后，這些氣體在氣流70中排出氣化器53，這些氣體可以包括廢氣例如C02、1120等。在某些情況下，C02可以進一步被處理和/或分離。本發(fā)明一個實施方案的另一實施例示于圖5中。在該圖中，雖然布置類似于圖4所示的布置，但在此反應(yīng)器60現(xiàn)在位于氣化器53的內(nèi)部。如前所述，向反應(yīng)器60供應(yīng)水(蒸汽)，通過使用混合傳導材料將其從氣化器53中分離。然而，與如圖4所示的單獨的烴氣流不同，在圖5所示的實施方案中，氣化器53內(nèi)的燃料被直接暴露于混合傳導材料。由于在氣化器53內(nèi)利用了來自反應(yīng)室的熱損失，所以這樣的布置可以產(chǎn)生額外的效率。使用如上述技術(shù)產(chǎn)生的氫氣可以從反應(yīng)器中分離出來，例如，用于反應(yīng)或發(fā)電，或用于本發(fā)明的某些方面，氫氣可以被氧化產(chǎn)生電能，例如在燃料電池中。在某些情況下，發(fā)電過程可以與氫氣產(chǎn)生同時發(fā)生?？梢允褂萌魏慰梢允箽鋇X應(yīng)生成水和能量的合適的系統(tǒng)，例如燃料電池。燃料電池的非限制性實例包括固體氧化物燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、磷酸燃料電池、聚合物電解質(zhì)燃料電池(例如，使用質(zhì)子交換膜)、堿性燃料電池等。因此，在一個實施方案中，在反應(yīng)器中提供氫(例如，作為燃料從外部供給，和/或由反應(yīng)器產(chǎn)生)，所述氫在>^應(yīng)器的第一部分中反應(yīng)生成水，然后在反應(yīng)器的第二部分中再轉(zhuǎn)化成氫。氫可以被再循環(huán)回反應(yīng)器的第一部分，例如圖6A-6D所示，和/或氫可以如上所述被分離，或甚至用作不包括第一或第二部分的電化學裝置的燃料、用作化學過程的反應(yīng)物等。所述第一部分和第二部分可以容納在相同的室或容器內(nèi)，或所述第一和第二部分可以位于例如利用管、管道系統(tǒng)等流體連通的分離容器內(nèi)，例如，第一容器可以含有混合傳導材料(例如，如本文所描述的)并且第二容器可以包含燃料電池，其中容器可以包含混合傳導材料和燃料電池二者(例如，使得容器內(nèi)的氫和/或水與混合傳導材料和燃料電池流體連通)等。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員僅利用常規(guī)技術(shù)和本文公開的內(nèi)容將能夠設(shè)計和構(gòu)造適合的系統(tǒng)，例如，通過增加適合的反應(yīng)容器、管線、管道系統(tǒng)、熱交換器、氣體收集系統(tǒng)等。圖6A-6C示出利用本發(fā)明的混合傳導材料30以及燃料電池的幾個一船L^應(yīng)圖解。在這些圖中，電子(e-)和氧二者可以穿過混合傳導材料30遷移，其使氧化隔室31和還原隔室32分開。在材料30的一側(cè)，任選包>^硫或其它雜質(zhì)(用CxHy+Sz表示)的燃料例如含碳燃料可以被完全氧化生成1120、C02、S02等。然而，在其它實施方案中，燃料可以僅部分被氧化。氧化反應(yīng)也產(chǎn)生電子，其可以穿過混合傳導材料30遷移。電子用于還原反應(yīng)，例如與水(1120)反應(yīng)以產(chǎn)生氫氣(H2)和氧離子。這些離子可以穿過混合傳導材料30遷移。氫氣可以用于在燃料電池中再生成水，任選在該過程中產(chǎn)生電流，這可以被利用。燃料電池可以從反應(yīng)器中分離出來，其中氫由水產(chǎn)生，例如，燃料電池包含在與其中由水產(chǎn)生氫的隔室物理分離但流體連通的隔室內(nèi)或容器中；或在某些情況下，燃料電池可以是反應(yīng)器的成為一體的部分(integralpart),即在反應(yīng)器的隔室內(nèi)，氫和水(其可以以蒸汽存在)的混合物被同時暴露于其中由水產(chǎn)生氫(例如，如前所述，使用混合離子和電傳導材料)的反應(yīng)以及其中由氫產(chǎn)生水(例如，在燃料電池內(nèi))的反應(yīng)下。燃料電池可以4吏H2通過與氫氧根離子(OH-)、氧離子(02—)、碳酸根離子(CO,)等反應(yīng)而生成H20，其在過程中可以釋放被利用為電能35的電子。應(yīng)該注意到，如圖6A-6D所示，這種反應(yīng)系統(tǒng)的凈結(jié)果是氧進入燃料電池，并且通過一系列反應(yīng)與燃料反應(yīng)并氧化燃料。因此，通過該Jl應(yīng)系統(tǒng)的氧的凈遷移如箭頭37所示。在圖6A中，作為一個實施例，示出了堿性燃料電池，其中OIT通過燃料電池遷移，將氫氣還原成水(H2+20H-—2H20+2e-)，在該過程中產(chǎn)生可利用的電子。OH-可以來自例如純氧源、或空氣源(如圖6A所示)或包含氧的其它源，例如利用水在反應(yīng)(02+2H20+4e-—40H-)中產(chǎn)生含氧源。在某些情況下，堿性燃料電池釆用以堿性水溶液例如氫氧化鉀(KOH)飽和的基體34,其中OIT被遷移。在圖6B中，示出了使用質(zhì)子交換膜的燃料電池。在該燃料電池中，雖然電子不能通過質(zhì)子交換膜遷移，但質(zhì)子可以通過質(zhì)子交換膜遷移。因此，當質(zhì)子(H+)穿過膜時，電子必須通過外電路，在此它們可以被用作電源35。在該系統(tǒng)中，隔室32內(nèi)的一些氫氣被分解生成通過質(zhì)子交換膜遷移的H+。因此，可以向隔室32加入補充氫，例如，作為氫氣和/或水。一旦排出質(zhì)子交換膜，H+例如與氧(例如，空氣中的)反應(yīng)生成水。質(zhì)子交換膜在本領(lǐng)域是眾所周知的并且可以例如由作為電解質(zhì)/膜36夫人某些聚合物制成。圖6C示出了作為另一實施例的熔融碳酸鹽燃料電池。在該熔融碳酸鹽燃料電池中，電解質(zhì)34包括熔融碳酸鹽混合物，其可以懸浮于多孔陶瓷基體39中，例如鋰鋁氧化物(LiA102)基體。燃料例如在空氣中燃燒41,并且燃燒產(chǎn)物暴露于熔融碳酸鹽燃料電池。任選地，燃燒過程從隔室31再循環(huán)，如箭頭42所示。在基體中產(chǎn)生碳酸鹽，然后將其輸送至隔室32。隔室32內(nèi)的H20和/或C02如前所述被分別還原成112和/或CO。然后，112和/或CO可以與來自基體39的碳酸鹽反應(yīng)，以分別再生成H20和/或C02。應(yīng)該強調(diào)，在某些實施方案中，H2/H20不是必需的，僅使用CO/C02作為隔室32內(nèi)的氧化還原物質(zhì)。另一非限制性實施例示于圖6D中。在該圖中，及_應(yīng)器100包括混合傳導材料102、陽極104、電解質(zhì)106、以及陰極108。陽極104、電解質(zhì)106、以及陰極108共同構(gòu)成燃料電池，例如固體氧化物燃料電池。在反應(yīng)器100內(nèi)，氧(例如，來自空氣)通過電解質(zhì)106被輸送到陽極104。在某些情況下，陽極104是液體陽極。在陽極104內(nèi)，氧離子與氫及k應(yīng)生成水。氧可以來自反應(yīng)器IOO內(nèi)，和/或氫可以從外部供應(yīng)。該反應(yīng)中產(chǎn)生的水然后在混合傳導材料102處被還原，產(chǎn)生通過混合傳導材料102遷移的氧，用來氧化燃料，例如含碳燃料(在圖6D中用CxHy和Sz表示)。應(yīng)該注意到，這些附圖用于有用的一般反應(yīng)圖解的示意圖示，并且為了清楚已被簡化。圖6A-6D所示的反應(yīng)可以發(fā)生在一個或多個容器內(nèi)，例如混合傳導材料和燃料電池可以容納在單個容器中，或混合傳導材料可以容納在第一容器中，而燃料電池可以容納在物理分離但與第一容器如使用管、管道等流體連通的第二容器內(nèi)。以下實施例用于舉例說明本發(fā)明的某些實施方案，但并不用于例舉本發(fā)明的全部范圍。實施例1在該實施例中，計算了來自陶瓷的氫產(chǎn)率，該陶瓷用于使一側(cè)的可氧化物質(zhì)與另一側(cè)的可還原物質(zhì)分離(參見圖2)。該陶瓷通過電子流動被短路。在這種情況下，根據(jù)歐姆定律，電流I可以預(yù)期為—i電壓V可以利用能斯特方程才艮據(jù)膜各側(cè)的氧分壓比來計算。電阻R可以被分為至少以下部分(1)在陰極上由電荷轉(zhuǎn)移引起的極化電阻，Re;(2)由通過膜的離子遷移產(chǎn)生的歐姆電阻，Ri;(3)由陽極上電荷轉(zhuǎn)移引起的極化電阻，Ra;以及(4)電池短路的電子電阻，Re:在某些實施方案中，通過適當選擇離子和/或電子材料，電子電阻Re相對于R是可以忽略的。離子電阻可以取決于所使用的材料，并且可以形成R的主要部分。根據(jù)陶乾加工的觀點，其例如可以通過將厚度減小到可實際上并可靠地獲得的最小值而被最小化。極化電阻可以取決于表面特性。電阻最小化的方法包括，例如利用具有催化性能的細粉增加反應(yīng)接觸面積。作為具體實施例，在某些情況下，可以獲得400mftcm2(亳歐-cm2)的面積比總電阻(areaspecifictotalresistance)。在200mV的能斯特電壓下，基于這些計算，該電阻產(chǎn)生0.5A/cm2的電流，換算為3.5ml112/112/分鐘的產(chǎn)率(在1013亳帕和273.15K下測得的體積)。作為具體的非限制性實施例，可以如下所述確定對具體膜的厚度的估計。對于離子傳導率，可以假定用8mol%Y203(8YSZ)穩(wěn)定的ZrO2的導電率在800t:下為0.024S/cm。在某些情況下，電子相的存在可以稀釋離子相，這可以對有效電導率具有顯著的影響。例如，在某些情況下，電子相可以構(gòu)成50%的體積；這可以將有效離子傳導率減少到未稀釋材料的離子傳導率的30%。在這樣的情況下，需要30%x400milcm2x0.024S/cm=32微米的膜厚度。該厚度和低于該厚度的陶瓷膜可以在可接受的低泄漏率下可靠地制得。極化電阻可以包括總電阻的余項。在高溫(例如，約iooox:)下，反應(yīng)界面處的動力學可以足夠快到?jīng)]有發(fā)生顯著極化，使得在某些情況下可不需要額外的催化劑。然而，在某些情況下，例如在較低溫(750t:至800X:)下，在基膜(basemembrane)上的材料的高表面積涂層也可能是有用的。實施例2該實施例舉例說明了根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的反應(yīng)器。在該實施例中使用的反應(yīng)器示意性地示于圖4中。表2示出了IMW制氫系統(tǒng)的質(zhì)量和能量平衡。在表3中H2管道64和蒸汽管道62之間的焓流量差是所產(chǎn)生的氫的潛熱值(1MW)。在該實施例中已假定，在表中的蒸汽管道62內(nèi)存在一部分氫。在全部系統(tǒng)內(nèi)，這可以來自產(chǎn)物氣流。在氣流中，CO與C02的比設(shè)為等于8。這是在存在C、CO、和CO2和800"C下，運行的氣化器中將獲得的平衡值。從氣流57到氣流63，氣體經(jīng)過分離器，并且CO氣流的減少量與C02氣流的增加量一樣多。形成的C02相對于^分離室的總流量可能似乎相當?shù)汀Ｈ欢?，這是以下事實的結(jié)果順序的氣流57、氣流63、和氣流66形成環(huán)路，在每一通路過程中，從該環(huán)路中僅有小量氣流被取走。因此，環(huán)路內(nèi)的反應(yīng)器可以暴露于更大的流量。某些優(yōu)點在于降低沿反應(yīng)器的濃度梯度，并且改善傳質(zhì)。燃料電池系統(tǒng)內(nèi)陽極氣體的再循環(huán)也是發(fā)生該情況的一個實例。在該實施例中，分離器中的反應(yīng)方程表明，每轉(zhuǎn)換一個CO分子，就產(chǎn)生一個H2分子。因此，在H2管道和蒸汽管道之間的氫流量差等于轉(zhuǎn)化的CO，在本例中，為4.1mol/s。根據(jù)產(chǎn)生的凈氫的潛熱，相對于消耗的碳，該過程的效率為(參見表2):c二H:(4.3-0.17)*242，g0%<|)cAHe3.16*400，其中，AHC=-400kJ/mol另—碳的燃燒熱，AHH2=-242kJ/mol是氫的燃燒熱(在2ox:下，蒸發(fā)潛熱值)。凈生成的氫氣流與ii^的碳氣流的自由焓通量比等于(參見表3):，厶令h,Gh2二(4.3—0.17)*228=5%(|)cAGe3.16*395'其中AGC=-395kJ/mol是碳氧化的自由焓變，AGH2=-228kJ/mol是氫氧化的自由焓變，均在2or;下。根據(jù)該實施例，自由焓變可以是由反應(yīng)所獲得的功(機械的，電的)理論最大量。因此，上述商確定了相對于氣體i^系統(tǒng)之前的有用功(workpotential),有多少所得到的有用功仍然可用。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage32</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage33</column></row><table>表3顯示了對于該實施例在到達和來自分離器的氣流中的氧分壓以及驅(qū)動氧離子通過膜的所得電壓。在陰極側(cè)，即氬側(cè)，從入口到出口的p02梯度范圍從約4.3x10-15巴到4.0x10-18巴。狄示氫含量從1%提高到25%。如M4中的電壓可見，可用的強驅(qū)動力降至p02=4.0x1018巴。氫含量增加至50%使p02降至8.9x1020，剩下基本上較小的驅(qū)動力(僅65mV)。這將減少膜反應(yīng)器的產(chǎn)率，但也將減d、產(chǎn)生每單位體積的氫需要的蒸汽產(chǎn)量。驅(qū)動力電壓256mV管道a-蒸汽電壓153mV管道b國H2管道實施例3以下實施例舉例說明了在根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案反應(yīng)器中所4吏用的混合離子和電傳導陶瓷的制備。首先，擠出并干燥支撐管。該支撐管由Ni-YSZ制成，雖然除Ni-YSZ前體外，擠出捏塑體(extrusiondough)還可以包含粘合劑、成孔劑等。利用本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的標準擠出技術(shù)擠出Ni-YSZ管。該管具有1mm壁厚和9mm直徑(未硬化)。在下一步驟前，該管允許進行干燥和硬化。接著，給該管加上帽(cap)。該帽是從未加工的Ni-YSZ板上切割的圓形物，然后利用溶劑中的Ni-YSZ漿膠合到管的末端上以形成帽。該帽然后在1100"C下在空氣中素燒2小時。然后在管冷卻后，涂覆內(nèi)功能層。通過在含有Ni-CGO的溶液中浸漬涂覆陶瓷來制備功能層。該內(nèi)功能層可任選被燒結(jié)。在該燒結(jié)過程中，管在noon下在空氣中燒制2小時。如下所述將YSZ/YST涂敷至管上。該管在含有按燒結(jié)體積計50。/。YSZ和5(T/。YST的溶液中浸漬涂覆。然后，將YSZ/YST在1350表3<table>tableseeoriginaldocumentpage33</column></row><table>1C下在空氣中燒制5小時。然后在該管再次冷卻后，涂覆外功能層。通過在含有M-CGO的溶液中浸漬涂覆陶瓷來制備功能層。該外功能層可任選被燒結(jié)。在該燒結(jié)過程中，該管在iooox:至120ox:下在空氣中燒制2小時。然后，在高溫下還原YST。這通過在IIOO匸下在氫中燒制該管2小時來實現(xiàn)。以下文獻并入本文以供參考由Rackey等人于2004年10月5日提交的題為"ConductingCeramicsforHydrogenGeneration"的美國臨時專利申請序列第60/616,475號，以及由Rackey等人于2005年3月16日提交的題為"ConductingCeramicsforElectrochemicalSystems"的美國臨時專利申請序列第60/662,321號。雖然本文已經(jīng)描述并示出了本發(fā)明的幾個實施方案，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易地預(yù)想，用于實現(xiàn)這些功能和/或獲得這些結(jié)果和/或本文所描述的一個或多個優(yōu)點的各種類型的其它裝置和/或結(jié)構(gòu)以及每一個這種變化和/或更改被認為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。更一般而言，本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易理解，本文所描述的所有參數(shù)、尺寸、材料以及構(gòu)造意味著是示例性的，而實際參數(shù)、尺寸、材料和/或構(gòu)造將取決于具體應(yīng)用或使用本發(fā)明教導的那些應(yīng)用。本領(lǐng)域技術(shù)人員僅使用常規(guī)試驗將認知或能識別本文所描述的本發(fā)明的特定實施方案的多種等同物。因此，應(yīng)該理解前述實施方案僅以實施例方式提出，除非明確描述和要求外，可以在所附權(quán)利要求書和其等價物的范圍內(nèi)實踐本發(fā)明。本發(fā)明涉及本文所描述的各單獨的特征、系統(tǒng)、制品、材料、成套材料(kit)和/或方法。此外，如果該特征、系統(tǒng)、制品、材料、成套材料、和/或方法是相互一致的話，則兩個或多個這樣的特征、系統(tǒng)、制品、材料、成套材料、和/或方法的組合被包含在4^發(fā)明的范圍內(nèi)。如本文所定義和所用的所有定義應(yīng)該被理解為限制字典定義、以引用方式并入文獻中的定義、和/或已定義術(shù)語的普通含義。如本文在說明書和權(quán)利要求書中所使用的不定冠詞"a，，和"an",除非明確指明為相反的以外，應(yīng)該理解為指"至少一個"。如本文在說明書和權(quán)利要求書中所使用的短語"和/或"應(yīng)該理解為指如下結(jié)合的"兩者之一或兩者"的要素，即在一些情況下這些要素結(jié)合性地存在，而在其它情況下分離性地存在。用"和/或，，列出的多個要素應(yīng)該以相同方式解釋，即如此結(jié)合的"一個或多個，，要素。除了通過"和/或"從句明確確定的要素外，其它元件可以任選地存在，不論是否與這些明確確定的要素相關(guān)或不相關(guān)。因此，作為非限制性實例，當與開放式表述例如"包括"一起使用時，"A和/或B"的含義在一個實施方案中可以指僅A(任選包括除了B之外的要素)；在另一實施方案中，指僅B(任選包括除了A之外的要素)；在又一實施方案中，既指A又指B(任選包括其它要素)等。如在說明書和權(quán)利要求書中所使用的，"或"應(yīng)該理解為與如上所述的"和/或"具有相同的含義。例如，當在列舉中分開術(shù)語時，"或"或"和/或"應(yīng)被解釋為是包括在內(nèi)的，即包括至少一個，而且包括多于一個的多個要素，并且任選包括額外未列出的術(shù)語。與此相反只有清楚指明的術(shù)語，例如"僅一個，，或"正好一個"，或當在權(quán)利要求書中使用"由...組成"時，指包括多個要素中的正好一個要素。通常，當如本文所使用的術(shù)語"或，，前有排他性的先行詞例如"兩者之一"、"一個"、"僅一個"、或"正好一個"時，術(shù)語"或，，應(yīng)僅僅解釋為是指排他性的選擇(即"一個或另一個而非二者)。當在權(quán)利要求書中使用"基本由...組成"時，其應(yīng)具有如在專利法領(lǐng)域所使用的普遍含義。如本文在說明書和權(quán)利要求書中所使用的，關(guān)于一個或多個要素列舉的短語"至少一個"應(yīng)該理解為指選自列舉要素中的任意一個或多個要素中的至少一個要素，但不必包括列#^素中明確列出的每一和全部要素中的至少一個，并且不排除列舉要素中的任意要素組合。除了在短語"至少一個，，所指的列#^素中明確列出的那些要素外，不論是否與明確列出的那些要素相關(guān)還是不相關(guān)，該定義也允許那些要素可以任選存在。因此，作為非限制性的實例，在一個實施方案中，"A和B中的至少一個"(或，等價的"A或B中的至少一個"，或等價的"A和/或B中的至少一個")可以指至少一個A，任選包括多于一個A，不存在B(以及任選包括除了B之外的要素)；在另一實施方案中，指至少一個B，任選包括多于一個B,不存在A(以及任選包括除了A之外的要素)；在又一實施方案，指至少一個A，任選包括多于一個A，以及至少一個B，任選包括多于一個B(以及任選包括其它要素)等。還應(yīng)該理解，除非清楚指出與此相反，在本文要求的包括多于一個的步驟或過程的任意方法中，該方法的步驟或過程的順序不必限于所列舉的方法的步驟或過程的順序。在權(quán)利要求書中，以及在上述說明書中，所有過渡短語例如"包含"、"包括"、"帶有"、"具有"、"含有"、"涉及""容納"、"組合有"等理解為是開放式的，即指包括但不限于。僅過渡短語"由…組成"和"基本由...組成"分別是封閉式或半封閉式的過渡短語，如在美國專利局專利審查程序手冊2111.03節(jié)中所提出的。權(quán)利要求1.一種方法，包括以下過程在反應(yīng)器的第一部分中，使包含氫的燃料反應(yīng)以產(chǎn)生電流和水；在所述反應(yīng)器的第二部分中，使水反應(yīng)以產(chǎn)生氫；以及使在所述反應(yīng)器的第二部分中產(chǎn)生的至少一部分氫反應(yīng)，以產(chǎn)生電流。2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，包括使在所述反應(yīng)器的第二部分中產(chǎn)生的至少一部分氫作為反應(yīng)器第一部分中的燃料而反應(yīng)。3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述使7jc反應(yīng)以生成氫的過程包括使水與由材料提供的電子反應(yīng)，所述材料包括含有陶瓷離子導體的第一相和含有陶瓷電導體的第二相。4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述使包含氫的燃料反應(yīng)以產(chǎn)生電流和水的過程包括使所述包含氫的燃料在燃料電池內(nèi)反應(yīng)。5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述燃料電池是固體氧化物燃料電池。6.根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中所述燃料包括含碳燃料。7.才艮據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中所述燃料包括氣化煤。8.—種方法，包括以下過程使燃料和水通過混合的離子和電傳導材料反應(yīng)以產(chǎn)生氫，其中除了通過所述材料的離子和電子傳導外，將水從燃料中分離；以及^使至少一部分氛反應(yīng)，以產(chǎn)生電流。9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述使燃料和水反應(yīng)的過程發(fā)生在反應(yīng)器的第一部分中，并且使至少一部分氫反應(yīng)以產(chǎn)生電流的過程發(fā)生在反應(yīng)器的第二部分中。10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述第一部分和所述第二部分是流體連通的物理分隔的室。11.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述使至少一部分氫反應(yīng)以產(chǎn)生電流的過程包括使所述至少一部分氬反應(yīng)以產(chǎn)生電流和水。12.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，包括使用在使至少一部分il^應(yīng)以產(chǎn)生電流的過程中產(chǎn)生的至少一部分水，作為使燃料和水通過混合的離子和電傳導材料>^應(yīng)的過程中所使用的水。13.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述混合的離子和電傳導材料包括陶資。14.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述混合的離子和電傳導材料包括含陶瓷離子導體的第一相和含陶瓷電導體的第二相，所述第一相基本上在整個所述材料上互連，使得所述材料是離子傳導的，并且所述第二相基本上在整個所述材料上互連，使得所述材料是電子傳導的。15.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述使至少一部分氫反應(yīng)以產(chǎn)生電流的過程包括使至少一部分氫在燃料電池內(nèi)反應(yīng)以產(chǎn)生電流。16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述燃料電池是固體氧化物燃料電池。17.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述燃料包括含碳燃料。18.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述燃料包括氣化煤。19.一種方法，包括以下過程利用由材料提供的電子使7jc反應(yīng)以產(chǎn)生具有至少約卯％純度的H2，所述材料包括含有陶瓷離子導體的第一相和含有陶瓷電導體的第二相，所述第一相基本上在整個所述材料上互連，使得所述材料是離子傳導的，并且所述第二相基本上在整個所述材料上互連，使得所述材料是電子傳導的。20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，離子。21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，應(yīng)。22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，23.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，24.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，25.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，26.才艮據(jù)權(quán)利要求19的方法以產(chǎn)生水。27.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，循環(huán)以產(chǎn)生H2。28.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，29.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，30.才艮據(jù)權(quán)利要求29的方法，化鋯穩(wěn)定成立方結(jié)構(gòu)。包括使水反應(yīng)以在所述材料內(nèi)產(chǎn)生氧還包括使所述氧離子與可氧化物質(zhì)反其中所述可氧化物質(zhì)包括含碳燃料。其中所述可氧化物質(zhì)包括氣化煤。還包括氧化所述H2以產(chǎn)生電流。還包括將所述H2引入到燃料電池內(nèi)。，還包括使所述H2在燃料電池內(nèi)反應(yīng)還包括將由所述燃料電池產(chǎn)生的水再其中所述材料基本上是不透氣的。其中所述第一相包括氧化鋯。其中利用一種或多種摻雜劑4吏所述氧31.根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其中利用Y穩(wěn)定所述氧化鋯。32.根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其中利用Sc穩(wěn)定所述氧化鋯。33.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中所述第一相包括至少含氧化鈰和氧化釓的氧化物。34.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中所述第一相包括La-鐵酸鹽材料。35.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中所述第一相包括用Ce摻雜的Gd203。36.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中所述第一相包括摻雜的LaFe03。37.根據(jù)權(quán)利要求36的方法，其中所述摻雜的LaFe03是用Sr、Ca、Ga、或Fe中的一種或多種摻雜的。38.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中所述第二相包括LST材料。39.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中所述第二相包括YST材料。40.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中所述第二相包括LCC材料。41.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，還包括與所述材料物理接觸的多孔襯底。42.根據(jù)權(quán)利要求41的方法，其中所述多孔襯底基本上為管狀。43.根據(jù)權(quán)利要求41的方法，其中所述多孔襯底基本上為平面狀。44.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中所述材料基本上是不透氣的。45.根據(jù)權(quán)利要求41的方法，其中在所述多孔襯底上的所述材料具有不大于200微米的厚度。46.—種方法，包括以下過程使含碳燃料反應(yīng)以在材料內(nèi)產(chǎn)生電子，所述材料包括含有陶瓷離子導體的第一相和含有陶瓷電導體的第二相，所述第一相基本上在整個所述材料上互連，使得所述材料是離子傳導的，并且所述第二相基本上在整個所述材料上互連，使得所述材料是電子傳導的；以及使所述電子與7jC反應(yīng)以在所述材料內(nèi)產(chǎn)生氧離子，所述氧離子能與所述>^碳燃料>^應(yīng)。47.根據(jù)權(quán)利要求46的方法，其中所述可氧化物質(zhì)和所述水沒有物理接觸。48.根據(jù)權(quán)利要求46的方法，包括使所述電子與7JC反應(yīng)以產(chǎn)生H2。49.根據(jù)權(quán)利要求48的方法，還包括分離所述H2。50.根據(jù)權(quán)利要求49的方法，還包括氧化所述H2以產(chǎn)生電流。51.根據(jù)權(quán)利要求50的方法，其中所述氧化所述112以產(chǎn)生電流的過程與使所述電子與水反應(yīng)以產(chǎn)生H2的過程同時發(fā)生。52.根據(jù)權(quán)利要求46的方法，其中所述含碳燃料包括氣化煤。53.根據(jù)權(quán)利要求46的方法，其中所述第一相包括YSZ。54.根據(jù)權(quán)利要求46的方法，其中所述第二相包括YST。55.—種方法，包括以下過程使可氧化物質(zhì)反應(yīng)以在材料內(nèi)產(chǎn)生電子，所述材料包括含有陶瓷離子導體的第一相和含有陶瓷電導體的第二相，所述第一相基本上在整個所述材料上互連，使得所述材料是離子傳導的，并且所述第二相基本上在整個所述材料上互連，使得所述材料是電子傳導的；以及^使所述電子與可還原物質(zhì)反應(yīng)以產(chǎn)生H2，所述可還原物質(zhì)與所述可氧化物質(zhì)沒有物理接觸。56.根據(jù)權(quán)利要求55的方法，其中所述第一相包括YSZ。57.根據(jù)權(quán)利要求55的方法，其中所述第二相包括YST。58.根據(jù)權(quán)利要求55的方法，其中所述可氧化物質(zhì)包括含碳燃料。59.根據(jù)權(quán)利要求55的方法，其中所述可氧化物質(zhì)包括氣化煤。60.根據(jù)權(quán)利要求55的方法，其中所述可還原物質(zhì)包括水。61.根據(jù)權(quán)利要求55的方法，還包括使所述H2在燃料電池內(nèi)反應(yīng)以產(chǎn)生水。62.根據(jù)權(quán)利要求61的方法，還包括使由所述燃料電池產(chǎn)生的所述7jc再循環(huán)，作為所述可還原物質(zhì)的至少一部分。63.—種>^應(yīng)器，包括將容器分成第一隔室和第二隔室的材料，所述材料包括含陶瓷離子導體的第一相和含陶瓷電導體的第二相，所述第一相基本上在整個所述材料上互連，使得所述材料是離子傳導的，并且所述第二相基本上在整個所述材料上互連，使得所述材料是電子傳導的；與所述第一隔室的入口流體連通的含碳燃料源；以及與所述第二隔室的入口流體連通的水源。64.根據(jù)權(quán)利要求63的反應(yīng)器，其中所述第一相包括YSZ。65.根據(jù)權(quán)利要求63的反應(yīng)器，其中所述第二相包括YST。66.根據(jù)權(quán)利要求63的反應(yīng)器，還包括與所述材料流體接觸的第一氣體和與所述第一氣體流體分離、與所述材料流體接觸的第二氣體。67.根據(jù)權(quán)利要求66的反應(yīng)器，包括含所述第一氣體的第一隔室和含所述第二氣體的第二隔室，其中所述材料限定分隔所述第一隔室與所述第二隔室的壁。68.根據(jù)權(quán)利要求67的反應(yīng)器，其中所述第一氣體的氧分壓高于所述第二氣體的氧分壓。69.根據(jù)權(quán)利要求63的反應(yīng)器，其中所述反應(yīng)器還包括與所述第二隔室的出口流體連通的燃料電池。70.根據(jù)權(quán)利要求69的反應(yīng)器，其中所述燃料電池是固體氧化物燃料電池。71.根據(jù)權(quán)利要求63的反應(yīng)器，其中所述含碳燃料源包括氣化煤。72.—種系統(tǒng)，包括氣化室；與所述氣化室流體連通的燃料源；容納在所述氣化室內(nèi)的分離室，其通過含有陶瓷的材料至少部分地與所述氣化室流體分隔，其中所述材料是離子傳導的；以及與所述第二隔室流體連通的水源。73.根據(jù)權(quán)利要求72的系統(tǒng)，其中所述材料是電子傳導的。74.根據(jù)權(quán)利要求72的系統(tǒng)，其中所述材料包括含有陶瓷離子導體的第一相和^^有陶瓷電導體的第二相。75.根據(jù)權(quán)利要求72的系統(tǒng)，其中所述材料包括含有陶瓷離子導體的第一相和含有陶瓷電導體的第二相，所述第一相基本上在整個所述材料上互連，使得所述材料是離子傳導的，并且所述第二相基本上在整個所述材料上互連，使得所述材料是電子傳導的。76.根據(jù)權(quán)利要求72的系統(tǒng)，其中所述材料包括YSZ。77.根據(jù)權(quán)利要求72的系統(tǒng)，其中所述材料包括YST。78.—種制品，包括基本上無孔的材料，所述材料包括含有陶瓷離子導體的第一相和含有陶瓷電導體的第二相，所述第一相基本上在整個所述材料上互連，，使得所述材料是離子傳導的，并且所述第二相基本上在整個所述材料上互連，使得所述材料是電子傳導的；和與所述材料物理接觸的多孔襯底。79.根據(jù)權(quán)利要求78的制品，其中所述第一相包括YSZ。80.根據(jù)權(quán)利要求78的制品，其中所述第二相包括YST。81.根據(jù)權(quán)利要求78的制品，其中所述多孔襯底基本上為管狀。82.根據(jù)權(quán)利要求78的系統(tǒng)，其中所述多孔襯底基本上為平面狀。83.—種制品，包括第一多孔混合離子和電傳導材料；和與所述第一多孔混合導電材料物理接觸的無孔混合離子和電傳導材料。84.根據(jù)權(quán)利要求83的制品，還包括與所述第一材料物理接觸的第二多孔混合離子和電傳導材料。85.根據(jù)權(quán)利要求83的制品，還包括與所述第一材料物理接觸的多孔襯底。86.根據(jù)權(quán)利要求83的制品，還包括與所述無孔材料物理接觸的多孔襯底。87.根據(jù)權(quán)利要求83的制品，其中所述無孔混合離子和電傳導材料包括陶瓷。88.根據(jù)權(quán)利要求83的制品，其中所述無孔混合離子和電傳導材料包括陶瓷離子導體和陶瓷電導體。89.—種方法，包括以下過程提供具有第一側(cè)和第二側(cè)的混合離子和電傳導材料；使可氧化物質(zhì)流過所述材料的第一側(cè)；以及使可還原物質(zhì)沿相對于所述可氧化物質(zhì)流動基本逆流的方向流過所述材料的第二側(cè)。90.根據(jù)權(quán)利要求89的方法，其中所述可氧化物質(zhì)包括含碳燃料。91.根據(jù)權(quán)利要求89的方法，其中所述可還原物質(zhì)包括水。92.根據(jù)權(quán)利要求89的方法，其中所述混合離子和電傳導材料包括陶瓷。93.根據(jù)權(quán)利要求89的方法，其中所述混合離子和電傳導材料包括陶瓷離子導體和陶瓷電導體。94.一種>^應(yīng)器，包括具有第一側(cè)和第二側(cè)的混合離子和電傳導材料；流過所述材料的第一側(cè)的可氧化物質(zhì)源；以及沿相對于所述可氧化物質(zhì)流動基本逆流的方向流過所述材料的第二側(cè)的可還原物質(zhì)源。95.根據(jù)權(quán)利要求94的反應(yīng)器，其中所述混合離子和電傳導材料包括陶瓷。96.根據(jù)權(quán)利要求94的反應(yīng)器，其中所述混合離子和電傳導材料包括陶瓷離子導體和陶瓷電導體。97.—種反應(yīng)器，包括將室分成第一隔室和第二隔室的混合離子和電傳導材料，其具有小于約1開孔/mn^的孔隙率。98.根據(jù)權(quán)利要求97的反應(yīng)器，其中所述材料包括陶瓷。99.根據(jù)權(quán)利要求97的反應(yīng)器，其中所述材料包括陶瓷離子導體和陶瓷電導體。100.根據(jù)權(quán)利要求97的反應(yīng)器，其中所述材料包括含有陶資離子導體的第一相和含有陶瓷電導體的第二相，所述第一相基本上在整個所述材料上互連，使得所述材料是離子傳導的，并且所述第二相基本上在整個所述材料上互連，使得所述材料是電子傳導的。101.根據(jù)權(quán)利要求97的反應(yīng)器，其中所述材料包括YSZ。102.根據(jù)權(quán)利要求97的反應(yīng)器，其中所述材料包括YST。103.根據(jù)權(quán)利要求97的反應(yīng)器，其中所述材料具有小于約1開孔/1111112的孔隙率。104.—種反應(yīng)器，包括將室分成第一隔室和第二隔室的材料，所述材料包括含有陶瓷離子導體的第一相和含有陶瓷電導體的第二相，所述第一相基本上在整個所述材料上互連，使得所述材料是離子傳導的，并且所述第二相基本上在整個所述材料上互連，使得所述材料是電子傳導的，其中所述陶瓷電導體包括具有化學式A^SrxTi03的陶瓷，x在約0.1至約0.5之間，并且A表示獨立地選自Y、La、Nb、Yb、Gd、Sm和Pr中的一個或多個原子。105.根據(jù)權(quán)利要求104的反應(yīng)器，其中所述A包括La。106.根據(jù)權(quán)利要求104的反應(yīng)器，其中所述A基本上由La組成。107.根據(jù)權(quán)利要求104的反應(yīng)器，其中所述A包括Y。108.根據(jù)權(quán)利要求104的反應(yīng)器，其中所述A基本上由Y組成。109.根據(jù)權(quán)利要求104的反應(yīng)器，其中x在約0.2至約0.4之間。110.根據(jù)權(quán)利要求104的反應(yīng)器，其中所述材料的約5wt。/o至約95wt。/。是所述陶瓷電導體。111.根據(jù)權(quán)利要求104的反應(yīng)器，其中所述材料的約20wt。/。至約80wt。/o是所述陶瓷電導體。112.—種反應(yīng)器，包括將室分成第一隔室和第二隔室的混合離子和電傳導材料，所述材料包括含有YSZ的第一相和含有YST的第二相，所述第一相基本上是完全與所述材料互連的，使得所述材料是離子傳導的，并且所述第二相基本上完全與所述材料互連使得所述材料是電子傳導的。113.—種反應(yīng)器，包括將室分成第一隔室和第二隔室的材料，所述材料包括含有陶瓷離子導體的第一相和含有陶瓷電導體的第二相，所述第一相基本上在整個所述材料上互連，使得所述材料是離子傳導的，并且所述第二相基本上在整個所述材料上互連，使得所述材料是電子傳導的，其中所述材料具有小于約200歐姆cm的電阻率。114.根據(jù)權(quán)利要求113的反應(yīng)器，其中所述第一相包括YSZ。115.根據(jù)權(quán)利要求113的反應(yīng)器，其中所述第二相包括YST。116.根據(jù)權(quán)利要求113的反應(yīng)器，其中所述電阻率小于約100歐姆全文摘要本發(fā)明總體上涉及導電材料，例如混合離子和電傳導材料。根據(jù)本發(fā)明提供多種材料、材料組合物、具有有利的離子和電子傳導組分比例的材料、包括該材料的結(jié)構(gòu)等。在一個方面，本發(fā)明涉及用于電化學系統(tǒng)的導電陶瓷，具體涉及可以用于例如電化學系統(tǒng)的混合離子和電傳導陶瓷，具體涉及可以用于例如從氣化烴氣流產(chǎn)生氫氣的混合離子和電傳導陶瓷。本發(fā)明的一個方面提供一種材料，該材料包括含有陶瓷離子導體的第一相和含有陶瓷電導體的第二相。該材料的一個實例包括用Sc₂O₃摻雜的ZrO₂以及用Y₂O₃摻雜的SrTiO₃。本發(fā)明的另一個方面提供利用上述材料，例如存在于反應(yīng)器的膜內(nèi)，由燃料例如含碳燃料產(chǎn)生氫氣的系統(tǒng)和方法。在某些實施方案中，可以通過原位電解產(chǎn)生基本純的氫氣流。在某些情況下，可以使用上述材料以促進涉及燃料如含碳燃料的第一反應(yīng)與涉及水-氫轉(zhuǎn)換反應(yīng)(即，其中水被還原成氫氣)的第二反應(yīng)之間的離子和/或電子交換。在其它方面，本發(fā)明提供用于由燃料源如含碳燃料源產(chǎn)生電能的系統(tǒng)和方法。文檔編號B01D71/02GK101133510SQ200580038212公開日2008年2月27日申請日期2005年10月5日優(yōu)先權(quán)日2004年10月5日發(fā)明者斯科特·C·拉凱,王功厚,賴因德·J·布爾斯馬申請人:Ctp氫公司