固態離子學

固態離子學是一門研究固態電解質及其應用的學科。屬於這個範疇的材料包括無機晶體和多晶固體、陶瓷、玻璃、聚合物和複合物。類似固體氧化物燃料電池的固態離子器件，相比基於液態電解質的器件，具有更高的可靠性和工作壽命，特別是在苛刻的工作條件下。^[1]

固態離子學起源於歐洲，肇始於1834年麥可·法拉第對於固態電解質 Ag2S 和 PbF2 的研究。隨後的基礎性貢獻來自於瓦爾特·能斯特，他推導出了能斯特方程，並在異價摻雜的二氧化鋯中觀察到了離子傳導現象。他利用這個現象發明了能斯特燈。另一個重要的進步來自於1914年對於碘化銀的表徵和研究。1930年左右，雅科夫·弗倫克爾、華特·蕭特基、卡爾·瓦格納等人建立起了點缺陷的概念，肖特基和瓦格納同時也發展了點缺陷的熱力學理論。這些理論有助於理解在離子晶體、離子導電玻璃、聚合物電解質和納米複合物中的離子和電子輸運現象。在20世紀末21世紀初，固態離子學領域的工作主要集中於合成和表徵各類新型的固態電解質材料，並將它們用於固態電池、燃料電池和傳感器。^[2]

近年來，研究的重點逐漸轉向了對固體聚合物電解質（SPE）中離子輸運機制的深入理解，尤其是對遷移數、配位強度和電導率等關鍵參數的表徵^[3]。在SPE中，陽離子在正負電極之間的電場作用下遷移，其運動伴隨着聚合物-鹽複合物的形成、聚合物鏈段的局部運動，以及在配位位點之間的鏈內與鏈間離子跳躍^[4][5]。具體而言，SPE中的離子傳輸過程可視為陽離子配位結構中配體的交換行為。因此，配位結構對陽離子在總電導率中的貢獻具有重要影響