Conductor de iones rápidos

Los conductores de protones son una clase especial de electrolitos sólidos, donde los iones de hidrógeno actúan como portadores de carga. Un ejemplo notable es el agua superiónica .

Los conductores superiónicos donde σ _i es mayor que 0,1 Ω ⁻¹ cm ⁻¹ (300 K) y la energía de activación para el transporte de iones E _i es pequeña (alrededor de 0,1 eV), se denominan conductores superiónicos avanzados . El ejemplo más famoso de conductor superiónico avanzado-electrolito sólido es RbAg ₄ I ₅ donde σ _i > 0,25 Ω ⁻¹ cm ⁻¹ y σ _e ~10 ⁻⁹ Ω ⁻¹ cm ⁻¹ a 300 K. ^{[ 1 ] [ 2 ]} La movilidad iónica de Hall (deriva) en RbAg ₄ I ₅ es de aproximadamente 2 × 10⁻⁴ cm ² /(V•s) a temperatura ambiente. ^{[ 3 ]} El diagrama sistemático σ _e – σ _i que distingue los diferentes tipos de conductores iónicos de estado sólido se muestra en la figura. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

Hasta el momento no se han descrito ejemplos claros de conductores iónicos rápidos en la hipotética clase de conductores superiónicos avanzados (áreas 7 y 8 en el diagrama de clasificación). Sin embargo, en la estructura cristalina de varios conductores superiónicos, por ejemplo, en los minerales del grupo pearceíta-polibasita, se descubrieron en 2006 grandes fragmentos estructurales con una energía de activación del transporte iónico E _i < k _{B T (300 K).} ^{[ 6 ]}

Un electrolito sólido común es la zirconia estabilizada con itria ₍ YSZ ) . Este material se prepara dopando ZrO₂ con _Y₂O₃ . Los iones óxido suelen migrar lentamente en el Y₂O₃ sólido _{y en} el ZrO₂ , pero en la _{YSZ , la conductividad del óxido aumenta drásticamente. Estos materiales se utilizan para permitir el paso del oxígeno a través del sólido en ciertos tipos de pilas de combustible.} El dióxido _de circonio también puede doparse con óxido de calcio para obtener un conductor de óxido que se utiliza en sensores de oxígeno en los sistemas de control de automóviles. Con un dopaje de tan solo un pequeño porcentaje, la constante de difusión del óxido aumenta en un factor de aproximadamente 1000. ^{[ 7 ]}

Otras cerámicas conductoras funcionan como conductores iónicos. Un ejemplo es _{NASICON (} Na₃Zr₂Si₂PO₁₂ ) _, un conductor superiónico _de sodio .

Otro ejemplo de conductor iónico rápido popular es el electrolito sólido de beta-alúmina . ^{[ 8 ]} A diferencia de las formas habituales de alúmina , esta modificación tiene una estructura laminar con galerías abiertas separadas por pilares. Los iones de sodio (Na ⁺ ) migran fácilmente a través de este material, ya que la estructura de óxido proporciona un medio ionofílico y no reducible. Este material se considera el conductor de iones de sodio para la batería de sodio-azufre .

El trifluoruro de lantano (LaF₃ ₎ es conductor de iones F⁻ ^y se utiliza en algunos electrodos selectivos de iones . El fluoruro de plomo beta presenta un aumento continuo de la conductividad al calentarse. Esta propiedad fue descubierta por primera vez por Michael Faraday .

Un ejemplo clásico de conductor iónico rápido es el yoduro de plata (AgI). Al calentar el sólido a 146  °C, este material adopta el polimorfo alfa. En esta forma, los iones yoduro forman una estructura cúbica rígida y los centros Ag+ se funden. La conductividad eléctrica del sólido aumenta 4000 veces. Se observa un comportamiento similar para el yoduro de cobre(I) (CuI), _el yoduro de rubidio y _plata ( _RbAg₄I₅ ) ^{[ 9 ]} y el _Ag₂HgI₄ .

• Sulfuro de plata , conductor para iones Ag ⁺ , utilizado en algunos electrodos selectivos de iones.
• Cloruro de plomo(II) , conductor para iones Cl ⁻ a temperaturas más altas ^{[ 10 ]}
• Algunas cerámicas de perovskita – titanato de estroncio , estannato de estroncio – son conductoras de iones O ²⁻
• ${\displaystyle {\ce {Zr(HPO4)2.{\mathit {n}}H2O}}}$– conductor para iones H ⁺
• ${\displaystyle {\ce {UO2HPO4.4H2O}}}$(fosfato de uranilo hidrogenado tetrahidratado) – conductor para iones H ⁺
• Óxido de cerio(IV) : conductor para iones O ²⁻

• Muchos geles , como las poliacrilamidas , el agar , etc., son conductores rápidos de iones ^{[ 11 ] [ 12 ].}
• Una sal disuelta en un polímero, por ejemplo, perclorato de litio en óxido de polietileno ^{[ 13 ].}
• Polielectrolitos e ionómeros , por ejemplo, Nafion , un conductor de H ^+.