ในวิทยาศาสตร์วัสดุตัวนำไอออนเร็วคือตัวนำของแข็งที่ มี ไอออนเคลื่อนที่ได้สูงวัสดุเหล่านี้มีความสำคัญในด้านไอออนิกส์ของของแข็งและยังรู้จักกันในชื่ออิเล็กโทรไลต์ของแข็งและตัวนำยิ่งยวดไอออนิก วัสดุเหล่านี้มีประโยชน์ในแบตเตอรี่และเซ็นเซอร์ต่างๆ ตัวนำไอออนเร็วใช้เป็นหลักในเซลล์เชื้อเพลิงออกไซด์ของแข็งในฐานะอิเล็กโทรไลต์ของแข็ง พวกมันช่วยให้ไอออนเคลื่อนที่ได้โดยไม่ต้องใช้ของเหลวหรือเยื่ออ่อนคั่นระหว่างอิเล็กโทรด ปรากฏการณ์นี้อาศัยการกระโดดของไอออนผ่านโครงสร้างผลึก ที่ แข็งตัว

ตัวนำไอออนเร็วมีคุณสมบัติอยู่ระหว่าง ของแข็ง ผลึกที่มีโครงสร้างเป็นระเบียบและไอออนไม่เคลื่อนที่ กับอิเล็กโทรไลต์ เหลวที่ไม่มีโครงสร้างเป็นระเบียบและไอออนเคลื่อนที่ได้อย่างเต็มที่ อิเล็กโทรไลต์ของแข็งถูกนำไปใช้ใน ซูเปอร์คาปาซิเตอร์แบบโซลิดสเตทแบตเตอรี่และเซลล์เชื้อเพลิง รวมถึง เซ็นเซอร์เคมีชนิดต่างๆ

ในอิเล็กโทรไลต์ของแข็ง (แก้วหรือผลึก) ค่าการนำไฟฟ้าไอออนิก σi _{สามารถ}มีค่าใดก็ได้ แต่ควรมีค่ามากกว่าค่าการนำไฟฟ้าอิเล็กตรอนมาก โดยทั่วไป ของแข็งที่มีค่า σi _อยู่ในช่วง 0.0001 ถึง 0.1 Ω ⁻¹ cm ⁻¹ (300 K) เรียกว่าตัวนำยิ่งยวดไอออนิก

ตัวนำโปรตอนเป็นอิเล็กโทรไลต์ของแข็งชนิดพิเศษ ซึ่งไอออนไฮโดรเจนทำหน้าที่เป็นตัวนำประจุ ตัวอย่างที่โดดเด่นอย่างหนึ่งคือน้ำซูเปอร์ไอออนิก

ตัวนำยิ่งยวดไอออนิกที่มี σ _iมากกว่า 0.1 Ω ⁻¹ cm ⁻¹ (300 K) และพลังงานกระตุ้นสำหรับการขนส่งไอออนE _iมีค่าน้อย (ประมาณ 0.1 eV) เรียกว่าตัวนำยิ่งยวดไอออนิกขั้นสูงตัวอย่างที่มีชื่อเสียงที่สุดของตัวนำยิ่งยวดไอออนิกขั้นสูงที่เป็นอิเล็กโทรไลต์ของแข็งคือRbAg ₄ I ₅ซึ่งมี σ _i > 0.25 Ω ⁻¹ cm ⁻¹และ σ _e ~10 ⁻⁹ Ω ⁻¹ cm ⁻¹ที่ 300 K ^{[ 1 ] [ 2 ]} การเคลื่อนที่ของไอออนแบบ ฮอลล์ (ดริฟต์)ใน RbAg ₄ I ₅มีค่าประมาณ 2 × 10⁻⁴ cm ² /(V•s) ที่อุณหภูมิห้อง ^{[ 3 ]} แผนภาพระบบ σ _e – σ _iที่แยกความแตกต่างระหว่างตัวนำไอออนิกของแข็งประเภทต่างๆ แสดงอยู่ในรูป ^{[ 4 ] [ 5 ]}

ยังไม่มีตัวอย่างที่ชัดเจนของตัวนำไอออนเร็วในกลุ่มตัวนำยิ่งยวดขั้นสูงในเชิงสมมติฐาน (พื้นที่ 7 และ 8 ในแผนภาพการจำแนกประเภท) อย่างไรก็ตาม ในโครงสร้างผลึกของตัวนำยิ่งยวดหลายชนิด เช่น ในแร่ธาตุกลุ่มเพียร์ไซต์-โพลีบาไซต์ ได้มีการค้นพบชิ้นส่วนโครงสร้างขนาดใหญ่ที่มีพลังงานกระตุ้นการขนส่งไอออนE _i < k _B T (300 К) ในปี 2549 ^{[ 6 ]}

อิเล็กโทรไลต์ของแข็งทั่วไปคือ เซอร์โค _{เนีย ที่เสถียร ด้วยอิตเทรียมออกไซด์ (YSZ) วัสดุนี้เตรียมได้โดยการเติม Y₂O₃} ลงใน_ZrO₂ไอออนออกไซด์มักจะเคลื่อนที่ช้าใน Y₂O₃ ของแข็ง_{และใน} ZrO₂ _แต่ใน YSZ การนำไฟฟ้าของออกไซด์จะเพิ่มขึ้นอย่างมาก วัสดุเหล่านี้ใช้เพื่อให้ออกซิเจนเคลื่อนที่ผ่านของแข็งในเซลล์เชื้อเพลิงบางชนิด ไดออกไซด์ของเซอร์โคเนียมยังสามารถเติมแคลเซียมออกไซด์เพื่อให้ได้ตัวนำออกไซด์ที่ใช้ในเซ็นเซอร์ออกซิเจนในระบบควบคุมรถยนต์ เมื่อเติมเพียงไม่กี่เปอร์เซ็นต์ ค่าคงที่การแพร่ของออกไซด์จะเพิ่มขึ้นประมาณ 1,000 เท่า^{[ 7 ]}

เซรามิกนำ ไฟฟ้า ชนิดอื่นๆ ทำ หน้าที่เป็นตัวนำไอออน ตัวอย่างหนึ่งคือ_NASICON ( Na₃Zr₂Si₂PO₁₂ _{) ซึ่ง}เป็นตัวนำไอออนโซเดียม _{ยิ่งยวด}

อีกตัวอย่างหนึ่งของตัวนำไอออนเร็วที่เป็นที่นิยมคืออิเล็กโทรไลต์แข็งเบต้า-อะลู มินา ^{[ 8 ]} แตกต่างจาก อะลูมินารูปแบบปกติการดัดแปลงนี้มีโครงสร้างเป็นชั้นที่มีช่องว่างเปิดคั่นด้วยเสา ไอออนโซเดียม (Na ⁺ ) เคลื่อนที่ผ่านวัสดุนี้ได้ง่าย เนื่องจากโครงสร้างออกไซด์ให้สื่อที่ชอบไอออนและไม่สามารถรีดิวซ์ได้ วัสดุนี้ถือเป็นตัวนำไอออนโซเดียมสำหรับแบตเตอรี่โซเดียม-ซัลเฟอร์

แลนทานัมไตรฟลูออไรด์ (LaF₃ ₎เป็นตัวนำไฟฟ้าสำหรับไอออน F⁻ ^ซึ่งใช้ในอิเล็กโทรดเลือกไอออนบางชนิดเบต้า- ตะกั่วฟลูออไรด์แสดงคุณสมบัติการนำไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องเมื่อได้รับความร้อน คุณสมบัตินี้ถูกค้นพบครั้งแรกโดยไมเคิล ฟาราเดย์

ตัวอย่างในตำราเรียนของตัวนำไอออนเร็วคือซิลเวอร์ไอโอ ไดด์ (AgI) เมื่อให้ความร้อนของแข็งจนถึง 146 °C วัสดุนี้จะเปลี่ยนสถานะเป็นอัลฟาโพลีมอร์ฟ ในรูปแบบนี้ ไอออนไอโอไดด์จะก่อตัวเป็นโครงสร้างลูกบาศก์ที่แข็งแรง และศูนย์กลาง Ag+ จะหลอมเหลว การนำไฟฟ้าของของแข็งจะเพิ่มขึ้นถึง 4000 เท่า พฤติกรรมที่คล้ายกันนี้พบได้ในคอปเปอร์(I) ไอโอไดด์ (CuI) รูบิเดียมซิลเวอร์ไอโอไดด์ (RbAg ₄ I ₅ ) ^{[ 9 ]}และ Ag ₂ HgI ₄

• ซิลเวอร์ซัลไฟด์ เป็นตัวนำไฟฟ้าสำหรับ ไอออนAg ^{+ และใช้ใน} อิเล็กโทรดเลือกไอออน บางชนิด
• ตะกั่ว(II) คลอไรด์มีคุณสมบัติเป็นตัวนำสำหรับไอออน Cl ⁻ที่อุณหภูมิสูงขึ้น^{[ 10 ]}
• เซรามิกเพอร์ รอฟสไกต์บางชนิดเช่นสตรอนเทียมไททาเนตและสตรอนเทียมสแตนเนตสามารถนำไอออน^{O²⁻ ได้}
• ${\displaystyle {\ce {Zr(HPO4)2.{\mathit {n}}H2O}}}$– มีคุณสมบัติในการนำไฟฟ้าสำหรับ ไอออนH ⁺
• ${\displaystyle {\ce {UO2HPO4.4H2O}}}$(ไฮโดรเจนยูรานิลฟอสเฟตเตตระไฮเดรต) – นำไฟฟ้าสำหรับไอออน H ⁺
• ซีเรียม(IV) ออกไซด์ – ตัวนำไฟฟ้าสำหรับไอออน O ²⁻

• เจลหลายชนิดเช่นโพลีอะคริลาไมด์อะการ์เป็นต้น เป็นตัวนำไอออนที่รวดเร็ว^{[ 11 ] [ 12 ]}
• เกลือที่ละลายในพอลิเมอร์ – เช่นลิเธียมเปอร์คลอเรตในโพลีเอทิลีนออกไซด์^{[ 13 ]}
• โพลิอิเล็กโทรไลต์และไอโอโนเมอร์ – เช่นนาฟิออนซึ่งเป็นตัวนำH ⁺

กรณีสำคัญของการนำไฟฟ้าไอออนิกอย่างรวดเร็วคือกรณีในชั้นประจุพื้นที่ผิวของผลึกไอออนิก การนำไฟฟ้าดังกล่าวได้รับการทำนายครั้งแรกโดยKurt Lehovec [ ^{14 ] เนื่องจาก} ชั้นประจุพื้นที่มีความหนาระดับนาโนเมตร ผลกระทบจึงเกี่ยวข้องโดยตรงกับนาโนไอออนิกส์ (นาโนไอออนิกส์-I) ผลของ Lehovec ถูกนำมาใช้เป็นพื้นฐานในการพัฒนาวัสดุนาโนสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมแบบพกพาและเซลล์เชื้อเพลิง

• อิเล็กโทรไลต์ของแข็ง
• ตัวนำผสม