Iónicos de estado sólido
La iónica de estado sólido es el estudio de los conductores mixtos iónico-electrónicos y los conductores totalmente iónicos ( electrólitos sólidos ) y sus usos. Algunos materiales que entran en esta categoría incluyen sólidos inorgánicos cristalinos y policristalinos, cerámicas, vidrios, polímeros y compuestos. Los dispositivos iónicos de estado sólido, como las celdas de combustible de óxido sólido , pueden ser mucho más confiables y duraderos, especialmente en condiciones adversas, que los dispositivos comparables con electrolitos fluidos. [1]
El campo de la iónica de estado sólido se desarrolló por primera vez en Europa, comenzando con el trabajo de Michael Faraday sobre electrolitos sólidos Ag 2 S y PbF 2 en 1834. Más tarde, Walther Nernst hizo contribuciones fundamentales , quien derivó la ecuación de Nernst y detectó la conducción iónica . en zirconia dopada heterovalentemente , que aplicó en su lámpara de Nernst . Otro gran paso adelante fue la caracterización del yoduro de plata en 1914. Alrededor de 1930, Yakov Frenkel , Walter Schottky y Carl Wagner establecieron el concepto de defectos puntuales ., incluido el desarrollo de la termodinámica de defectos puntuales por Schottky y Wagner; esto ayudó a explicar el transporte iónico y electrónico en cristales iónicos, vidrios conductores de iones, electrolitos poliméricos y nanocompuestos. A finales del siglo XX y principios del XXI, la iónica de estado sólido se centró en la síntesis y caracterización de nuevos electrolitos sólidos y sus aplicaciones en sistemas de baterías de estado sólido, celdas de combustible y sensores. [2]
El término iónico de estado sólido fue acuñado en 1967 por Takehiko Takahashi, [3] pero no se utilizó ampliamente hasta la década de 1980, con la aparición de la revista Solid State Ionics . La primera conferencia internacional sobre este tema se llevó a cabo en 1972 en Belgirate , Italia, bajo el nombre de "Transporte rápido de iones en sólidos, baterías y dispositivos de estado sólido". [2]
A principios de la década de 1830, Michael Faraday sentó las bases de la electroquímica y la iónica de estado sólido al descubrir el movimiento de los iones en electrolitos líquidos y sólidos. Anteriormente, alrededor de 1800, Alessandro Volta usó un electrolito líquido en su pila voltaica , la primera batería electroquímica, pero no se dio cuenta de que los iones están involucrados en el proceso. Mientras tanto, en su trabajo sobre descomposición de soluciones por corriente eléctrica, Faraday utilizó no solo las ideas de ion , catión , anión , electrodo , ánodo , cátodo , electrolito y electrólisis , sino incluso los términos actuales para ellos.[4] [5] Faraday asoció la corriente eléctrica en un electrolito con el movimiento de los iones, y descubrió que los iones pueden intercambiar sus cargas con un electrodo mientras se transformaban en elementos por electrólisis. Él cuantificó esos procesos por dos leyes de electrólisis . La primera ley (1832) establece que la masa de un producto en el electrodo, Δm, aumenta linealmente con la cantidad de carga que pasa a través del electrolito, Δq. La segunda ley (1833) estableció la proporcionalidad entre Δm y el “equivalente electroquímico” y definió la constante de Faraday F como F = (Δq/Δm)(M/z), donde M es la masa molar y z es la carga del ion.
En 1834, Faraday descubrió la conductividad iónica en electrolitos sólidos calentados Ag 2 S y PbF 2 . [4] En PbF 2 , el aumento de la conductividad tras el calentamiento no fue repentino, sino que se extendió a lo largo de cien grados centígrados. Tal comportamiento, llamado transición de Faraday, [6] se observa en los conductores catiónicos Na 2 S y Li 4 SiO 4 y los conductores aniónicos PbF 2 , CaF 2 , SrF 2 , SrCl 2 y LaF 3 . [2]
Más tarde, en 1891, Johann Wilhelm Hittorf informó sobre los números de transporte de iones en celdas electroquímicas, [7] y, a principios del siglo XX, esos números se determinaron para electrolitos sólidos. [8]
