固态离子

固态离子是对离子电子混合导体和完全离子导体（固体电解质）及其用途的研究。属于此类别的某些材料包括无机晶体和多晶固体、陶瓷、玻璃、聚合物和复合材料。固态离子设备（例如，固体氧化物燃料电池）比具有液体电解质的同类设备更加可靠和持久。

固态离子领域首先在欧洲发展，始于1834年Michael Faraday在固体电解质Ag ₂ S和PbF ₂上的研究。后来，Walther Nernst做出了基本贡献，他推导了Nernst方程并检测了离子传导在他的能斯特灯中掺入了杂掺杂的氧化锆。向前迈出的另一个主要步骤是在1914年对碘化银进行表征。在1930年左右，Yakov Frenkel、Walter Schottky和Carl Wagner建立了点缺陷的概念。包括Schottky和Wagner开发的点缺陷热力学；这有助于解释离子晶体、离子导电玻璃、聚合物电解质和纳米复合材料中的离子和电子传输。在20世纪末和21世纪初，固态离子聚焦于新型固体电解质的合成与表征及其在固态电池系统、燃料电池和传感器中的应用。

固态离子学是由高桥武彦在1967年创造的，但并没有成为被广泛使用，直到20世纪80年代，与轴颈的出现，固态离子。于1972年在意大利Belgirate举行了有关该主题的xxx次国际会议，名称为“固体，固态电池和设备中的快速离子迁移”。

到1971年，基于碘化rub银（RbAg ₄ I ₅）的固态电池和电池已经在各种温度和放电电流下进行了设计和测试。尽管RbAg ₄ I _5的电导率相对较高，但由于每单位重量的总能量较低（约5 W·h / kg），它们从未被商业化。相反，LiI的电导率仅为ca。室温下为1 × 10 ^− 7 S / cm，已广泛应用于人造起搏器电池。xxx个基于无掺杂LiI的设备于1972年3月在意大利费拉拉植入人体。后来的模型将LiI膜用作电解质，并掺有氧化铝纳米颗粒以增加其电导率。LiI是在Li阳极与碘-聚（2-乙烯基吡啶）阴极之间进行的原位化学反应中形成的，因此在操作过程中被腐蚀和破裂自修复。

钠硫电池，基于陶瓷β-Al系₂ ö ₃夹在阳极熔融钠和熔融硫阴极之间的电解质表现出高的能量密度和被认为是在20世纪90年代的汽车电池，但由于氧化铝的脆性，不理会由于熔融的钠和硫之间的反应而导致裂纹和严重破坏。β-Al系的更换₂ ö ₃与NASICON没有保存该应用，因为它并没有解决开裂问题，而且由于NASICON与熔融钠反应。

氧化钇稳定的氧化锆在汽车的氧气传感器中用作固体电解质，产生的电压取决于氧气和废气的比例，并向燃料喷射器提供电子反馈。许多冶金和玻璃制造厂也安装了这种传感器。在1980年代至1990年代提出了类似的基于固体卤化银电解质的CO ₂，氯和其他气体传感器。自1980年代中期以来，智能玻璃中就使用了基于Li的固体电解质来分离电致变色膜（通常为WO ₃）和离子存储膜（通常为LiCoO ₂），透明度由外部电压控制的窗口。

固态离子导体是锂离子电池、质子交换膜燃料电池（PEMFC），超级电容器（一种新型的电化学储能设备）和固体氧化物燃料电池（通过氧化燃料产生电的设备）的基本组件。Nafion是一种在1960年代后期发现的柔性含氟聚合物-共聚物，被广泛用作PEMFC中的聚合物电解质。