ไอออนิกส์ของของแข็งคือการศึกษาตัวนำผสม ไอออนิก-อิเล็กทรอนิกส์ และตัวนำไอออนิกล้วน ( อิเล็กโทรไลต์ของแข็ง ) และการใช้งาน วัสดุบางชนิดที่อยู่ในหมวดหมู่นี้ ได้แก่ ของแข็งผลึกอนินทรีย์และผลึกหลายผลึก เซรามิก แก้ว โพลิเมอร์ และวัสดุผสม อุปกรณ์ไอออนิกส์ของของแข็ง เช่นเซลล์เชื้อเพลิงออกไซด์ของแข็งอาจมีความน่าเชื่อถือและใช้งานได้ยาวนานกว่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้สภาวะที่รุนแรง เมื่อเทียบกับอุปกรณ์ที่ใช้อิเล็กโทรไลต์ของเหลว^{[ 1 ]}

สาขาไอออนิกส์ของของแข็งได้รับการพัฒนาขึ้นครั้งแรกในยุโรป โดยเริ่มต้นจากผลงานของไมเคิล ฟาราเดย์เกี่ยวกับอิเล็กโทรไลต์ของแข็ง Ag₂S _และ PbF₂ _ในปี 1834 ต่อมาได้มีการสร้างผลงานสำคัญโดยวอลเทอร์ เนิร์นสต์ผู้ที่ได้พิสูจน์สมการเนิร์นสต์และตรวจพบการนำไฟฟ้าของไอออนในเซอร์โคเนีย ที่เจือด้วยสารต่างชนิดกัน ซึ่งเขาได้นำไปประยุกต์ใช้ในหลอดไฟเนิร์นสต์ความก้าวหน้าครั้งสำคัญอีกประการหนึ่งคือการศึกษาคุณสมบัติของซิลเวอร์ไอโอไดด์ในปี 1914 ประมาณปี 1930 แนวคิดเรื่องจุดบกพร่องได้รับการสถาปนาขึ้นโดยยาคอฟ เฟรน เค ลวอลเตอร์ ชอตต์กีและคาร์ล วากเนอร์ รวมถึงการพัฒนา อุณหพลศาสตร์ของจุดบกพร่องโดยชอตต์กีและวากเนอร์ ซึ่งช่วยอธิบายการขนส่งของไอออนและอิเล็กตรอนในผลึกไอออนิก แก้วนำไฟฟ้าไอออน อิเล็กโทรไลต์พอลิเมอร์ และนาโนคอมโพสิต ในช่วงปลายศตวรรษที่ 20 และต้นศตวรรษที่ 21 ไอออนิกส์ของของแข็งมุ่งเน้นไปที่การสังเคราะห์และลักษณะเฉพาะของอิเล็กโทรไลต์ของแข็งแบบใหม่และการประยุกต์ใช้ในระบบแบตเตอรี่ของแข็งเซลล์เชื้อเพลิงและเซ็นเซอร์^{[ 2 ]}

คำว่าsolid state ionicsถูกบัญญัติขึ้นในปี พ.ศ. 2510 โดย Takehiko Takahashi ^{[ 3 ]}แต่ไม่ได้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายจนกระทั่งถึงช่วงปี พ.ศ. 2523 พร้อมกับการเกิดขึ้นของวารสารSolid State Ionicsการประชุมนานาชาติครั้งแรกในหัวข้อนี้จัดขึ้นในปี พ.ศ. 2515 ที่เมืองเบลจิราเตประเทศอิตาลี ภายใต้ชื่อ "การขนส่งไอออนอย่างรวดเร็วในของแข็ง แบตเตอรี่และอุปกรณ์โซลิดสเตท" ^{[ 2 ]}

ในช่วงต้นทศวรรษ 1830 ไมเคิล ฟาราเดย์ ได้วางรากฐานของเคมีไฟฟ้าและไอออนิกส์ของของแข็งโดยการค้นพบการเคลื่อนที่ของไอออนในอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของเหลวและของแข็ง ก่อนหน้านั้น ประมาณปี 1800 อเลสซานโดร โวลตาได้ใช้อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของเหลวในกองโวลตาซึ่งเป็นแบตเตอรี่ไฟฟ้าเคมีตัวแรก แต่ล้มเหลวในการตระหนักว่าไอออนมีส่วนเกี่ยวข้องในกระบวนการ ในขณะเดียวกัน ในงานของเขาเกี่ยวกับการสลายตัวของสารละลายด้วยกระแสไฟฟ้า ฟาราเดย์ได้ใช้ไม่เพียงแต่แนวคิดของไอออนแคตไอออน แอนไอออน อิ เล็กโทรดแอโนดแคโทด อิเล็กโทรไลต์และอิเล็กโทรไลซิสเท่านั้นแต่ยังรวมถึงคำศัพท์ในปัจจุบันสำหรับสิ่งเหล่านี้ด้วย^{[ 4 ​​] [ 5 ]}ฟาราเดย์เชื่อมโยงกระแสไฟฟ้าในอิเล็กโทรไลต์กับการเคลื่อนที่ของไอออน และค้นพบว่าไอออนสามารถแลกเปลี่ยนประจุกับอิเล็กโทรดได้ในขณะที่พวกมันถูกเปลี่ยนเป็นธาตุโดยอิเล็กโทรไลซิส เขาได้กำหนดปริมาณของกระบวนการเหล่านั้นด้วยกฎสองข้อของอิเล็กโทรไลซิส กฎข้อแรก (ค.ศ. 1832) ระบุว่ามวลของผลิตภัณฑ์ที่ขั้วไฟฟ้า Δm จะเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงตามปริมาณประจุที่ผ่านอิเล็กโทรไลต์ Δq กฎข้อที่สอง (ค.ศ. 1833) ได้กำหนดความสัมพันธ์แบบแปรผันตรงระหว่าง Δm กับ "ค่าเทียบเท่าทางเคมีไฟฟ้า" และกำหนดค่าคงที่ของฟาราเดย์ F เป็น F = (Δq/Δm)(M/z) โดยที่ M คือมวลโมลาร์ และ z คือประจุของไอออน

ในปี พ.ศ. 2477 ฟาราเดย์ค้นพบการนำไฟฟ้าไอออนิกในอิเล็กโทรไลต์ของแข็งที่ถูกทำให้ร้อน Ag₂S _และ PbF₂ _[ ^{4 ] ใน} PbF₂ _การ เพิ่มขึ้นของการนำไฟฟ้าเมื่อได้ รับความร้อนไม่ได้เกิดขึ้นอย่างฉับพลัน แต่กระจายไปทั่วช่วงอุณหภูมิหนึ่งร้อยองศาเซลเซียส พฤติกรรมดังกล่าวเรียกว่าการเปลี่ยนผ่านของฟาราเดย์^{[ 6 ] พบ}ได้ในตัวนำแคตไอออน Na₂S _และ Li₄SiO₄ _และตัวนำ_แอนไอออน_PbF₂ , _CaF₂ , _SrF₂ , _SrCl₂และ_LaF₃ ^{[ 2} ]

ต่อมาในปี พ.ศ. 2334 โยฮันน์ วิลเฮล์ม ฮิตทอร์ฟได้รายงานเกี่ยวกับตัวเลขการขนส่งไอออนในเซลล์ไฟฟ้าเคมี^{[ 7 ]}และในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 ตัวเลขเหล่านั้นได้รับการกำหนดสำหรับอิเล็กโทรไลต์ของแข็ง^{[ 8 ]}

กองโวลตาอิกกระตุ้นให้เกิดแบตเตอรี่ที่ได้รับการปรับปรุงหลายชนิด เช่นเซลล์ดาเนียลเซลล์เชื้อเพลิงและแบตเตอรี่ตะกั่วกรดการทำงานของเซลล์เหล่านี้เป็นที่เข้าใจกันอย่างกว้างขวางในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 จากทฤษฎีของวิลเฮล์ม ออสท์วาลด์และวอลเทอร์ เนิร์นสต์ในปี 1894 ออสท์วาลด์ได้อธิบายการแปลงพลังงานในเซลล์เชื้อเพลิงและเน้นย้ำว่าประสิทธิภาพของเซลล์เชื้อเพลิงไม่ได้ถูกจำกัดด้วยอุณหพลศาสตร์ [ ^{9 ] ออ}สท์วาลด์ ร่วมกับจาคอบัส เฮนริคัส ฟาน ท์ ฮอฟฟ์และสแวนเต อาร์เรเนียสเป็นบิดาผู้ก่อตั้งเคมีไฟฟ้าและทฤษฎีไอออนิกทางเคมี และได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีในปี 1909

งานของเขาได้รับการสานต่อโดย Walther Nernst ผู้ซึ่งได้พัฒนาสมการ Nernstและอธิบายการนำไฟฟ้าของไอออนในเซอร์โคเนีย ที่มีการเจือปนแบบต่างวาเลนต์ ซึ่งเขาใช้ในหลอดไฟ Nernst ของเขา Nernst ได้รับแรงบันดาลใจจากทฤษฎีการแตกตัวของ Arrhenius ที่ตีพิมพ์ในปี 1887 ซึ่งอาศัยไอออนในสารละลาย^{[ 10 ]}ในปี 1889 เขาตระหนักถึงความคล้ายคลึงกันระหว่างสมดุลทางเคมีไฟฟ้าและสมดุลทางเคมี และได้กำหนดสมการของเขาซึ่งทำนายแรงดันไฟฟ้าขาออกของเซลล์ไฟฟ้าเคมีต่างๆ ที่ใช้อิเล็กโทรไลต์เหลวได้อย่างถูกต้องจากคุณสมบัติทางเทอร์โมไดนามิกของส่วนประกอบ^{[ 11 ]}

นอกจากงานทางทฤษฎีแล้ว ในปี พ.ศ. 2440 เนิร์นสต์ยังจดสิทธิบัตรหลอดไฟดวงแรกที่ใช้อิเล็กโทรไลต์แข็งอีก ด้วย ^{[ 12 ]}ซึ่งแตกต่างจากหลอดไฟไส้คาร์บอนที่มีอยู่ หลอดไฟเนิร์นสต์สามารถทำงานได้ในอากาศและมีประสิทธิภาพมากกว่าถึงสองเท่า เนื่องจากสเปกตรัมการปล่อยแสงใกล้เคียงกับแสงแดด บริษัท AEG ซึ่งเป็นบริษัทผลิตหลอดไฟในเบอร์ลิน ซื้อสิทธิบัตรของเนิร์นสต์ในราคาหนึ่งล้านมาร์คทองคำเยอรมันซึ่งถือเป็นเงินจำนวนมหาศาลในเวลานั้น และใช้หลอดไฟเนิร์นสต์ 800 ดวงเพื่อส่องสว่างบูธของพวกเขาในงานมหกรรมโลกExposition Universelle (พ.ศ. 2443 ) ^{[ 2 ]}

ในบรรดาอิเล็กโทรไลต์ของแข็งหลายชนิดที่อธิบายไว้ในศตวรรษที่ 19 และต้นศตวรรษที่ 20 นั้น α-AgI ซึ่งเป็นรูปแบบผลึกอุณหภูมิสูงของซิลเวอร์ไอโอไดด์ ถือได้ว่าเป็นอิเล็กโทรไลต์ที่สำคัญที่สุด การนำไฟฟ้าของมันได้รับการกำหนดลักษณะโดย Carl Tubandt และ E. Lorenz ในปี 1914 ^{[ 13 ]}การศึกษาเปรียบเทียบ AgI, AgCl และ AgBr ของพวกเขาแสดงให้เห็นว่า α-AgI มีเสถียรภาพทางความร้อนและนำไฟฟ้าได้สูงระหว่าง 147 ถึง 555 °C โดยการนำไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นเล็กน้อยตามอุณหภูมิในช่วงนี้แล้วลดลงเมื่อหลอมเหลว พฤติกรรมนี้สามารถย้อนกลับได้อย่างสมบูรณ์และไม่มีผลกระทบต่อสภาวะไม่สมดุล Tubandt และ Lorenz ได้อธิบายวัสดุอื่นๆ ที่มีพฤติกรรมคล้ายกัน เช่น α-CuI, α-CuBr, β-CuBr และเฟสอุณหภูมิสูงของ Ag ₂ S, Ag ₂ Se และ Ag ₂ Te ^{[ 14 ]}พวกเขาเชื่อมโยงการนำไฟฟ้ากับแคตไอออนในซิลเวอร์และคิวปรัสเฮไลด์ และกับไอออนและอิเล็กตรอนในซิลเวอร์แชลโคเจนไนด์

ในปี พ.ศ. 2469 Yakov Frenkelเสนอว่าในผลึกไอออนิกเช่น AgI ในสภาวะสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ ไอออนบวกเพียงเศษส่วนเล็กน้อย α จะถูกแทนที่จากตำแหน่งแลตติซปกติไปยังตำแหน่งระหว่างอะตอม^{[ 15 ]}เขาเชื่อมโยง α กับพลังงานกิบส์สำหรับการก่อตัวของคู่ Frenkel หนึ่งโมล ΔG เป็น α = exp(-ΔG/2RT) โดยที่ T คืออุณหภูมิและ R คือค่าคงที่ของแก๊สสำหรับค่าทั่วไปของ ΔG = 100 kJ/mol, α ~ 1 × 10⁻⁶ที่ 100 °C และ ~6 × 10⁻⁴ที่ 400 °C แนวคิดนี้อธิบายได้อย่างเป็นธรรมชาติถึงการมีอยู่ของไอออนเคลื่อนที่จำนวนมากในผลึกไอออนิกที่ปราศจากข้อบกพร่อง และด้วยเหตุนี้จึงทำให้เกิดการนำไฟฟ้าของไอออนในผลึกเหล่านั้น ^{[ 2 ]}

แนวคิดของ Frenkel ได้รับการขยายความโดยCarl WagnerและWalter Schottkyในทฤษฎีปี 1929 ของพวกเขา ซึ่งอธิบายอุณหพลศาสตร์สมดุลของจุดบกพร่องในผลึกไอออนิก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง Wagner และ Schottky เชื่อมโยงความเบี่ยงเบนจาก สัดส่วน ทางเคมีในผลึกเหล่านั้นกับศักยภาพทางเคมีของส่วนประกอบผลึก และอธิบายปรากฏการณ์ของการนำไฟฟ้าแบบผสมระหว่างอิเล็กตรอนและไอออนิก^{[ 16 ] [ 17 ]}

Wagner และ Schottky พิจารณากรณีสุดขั้วสี่กรณีของความผิดปกติของจุดบกพร่องในผลึกไอออนิกไบนารีแบบสัดส่วนของประเภท AB: ^{[ 17 ]}

1. คู่ของไอออนแทรก A ⁺และช่องว่างในโครงผลึก (ข้อบกพร่องแบบเฟรนเคล)
2. คู่ของแอนไอออนแทรก B ⁻และช่องว่างในโครงผลึก (ข้อบกพร่องแบบแอนติ-เฟรนเคล)
3. คู่ของแคตไอออนแทรก A ⁺และแอนไอออนแทรก B− ^ที่ไม่มีช่องว่าง
4. คู่ของช่องว่างในโครงสร้างผลึกแบบ A และ B โดยไม่มีอะตอมแทรก (ความผิดปกติแบบชอตต์กี)

ความผิดปกติประเภทที่ 3 ไม่เกิดขึ้นในทางปฏิบัติ และประเภทที่ 2 พบได้เฉพาะในกรณีที่หายากเมื่อแอนไอออนมีขนาดเล็กกว่าแคตไอออน ในขณะที่ประเภทที่ 1 และ 4 พบได้ทั่วไปและแสดงการพึ่งพาอุณหภูมิ exp(-ΔG/2RT) เหมือนกัน^{[ 2 ]}

ต่อมาในปี พ.ศ. 2476 วากเนอร์เสนอว่าในโลหะออกไซด์ การมีโลหะมากเกินไปจะส่งผลให้มีอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้น ในขณะที่การมีโลหะน้อยเกินไปจะทำให้เกิดช่องว่างอิเล็กตรอน กล่าวคือ ความไม่สมดุลของอะตอมจะส่งผลให้เกิดการนำไฟฟ้าแบบผสมระหว่างไอออนและอิเล็กตรอน^{[ 18 ]}

การศึกษาเกี่ยวกับตัวนำไอออนิกผลึกที่มีไอออนส่วนเกินเกิดจากจุดบกพร่องยังคงดำเนินต่อไปตลอดช่วงทศวรรษ 1950 และได้มีการกำหนดกลไกการนำไฟฟ้าเฉพาะสำหรับแต่ละสารประกอบโดยขึ้นอยู่กับโครงสร้างไอออนิก การเกิดขึ้นของอิเล็กโทรไลต์แบบแก้วและพอลิเมอร์ในช่วงปลายทศวรรษ 1970 ได้นำเสนอกลไกการนำไอออนิกแบบใหม่ สามารถบรรลุค่าการนำไฟฟ้าได้หลากหลายในแก้ว โดยที่ไอออนเคลื่อนที่ได้ถูกแยกออกจากเมทริกซ์แบบไดนามิก^{[ 19 ]}พบว่าค่าการนำไฟฟ้าสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยการเติมเกลือบางชนิดลงในแก้ว หรือโดยการใช้ส่วนผสมของแก้ว ค่าการนำไฟฟ้าอาจสูงถึง 0.03 S/cm ที่อุณหภูมิห้อง โดยมีพลังงานกระตุ้นต่ำเพียง 20 kJ/mol ^{[ 20 ]}เมื่อเปรียบเทียบกับผลึก แก้วมี คุณสมบัติ แบบไอโซโทรปิกองค์ประกอบที่ปรับได้อย่างต่อเนื่อง และความสามารถในการใช้งานที่ดี พวกมันไม่มีขอบเขตของเม็ด ที่เป็นอันตราย และสามารถขึ้นรูปเป็นรูปทรงใดก็ได้ แต่การทำความเข้าใจการขนส่งไอออนของพวกมันนั้นซับซ้อนเนื่องจากขาดระเบียบระยะยาว^{[ 2 ]}

ในอดีต หลักฐานเกี่ยวกับการนำไฟฟ้าของไอออนได้รับการนำเสนอในช่วงทศวรรษ 1880 เมื่อนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันสังเกตเห็นว่าเทอร์โมมิเตอร์ที่สอบเทียบอย่างดีซึ่งทำจากแก้ว Thuringian จะแสดงค่า −0.5 °C แทนที่จะเป็น 0 °C เมื่อวางในน้ำแข็งหลังจากจุ่มลงในน้ำเดือดไม่นาน และจะกลับมาเป็นค่าเดิมได้หลังจากผ่านไปหลายเดือน ในปี 1883 พวกเขาลดผลกระทบนี้ลง 10 เท่าโดยการแทนที่ส่วนผสมของโซเดียมและโพแทสเซียมในแก้วด้วยโซเดียมหรือโพแทสเซียมเพียงอย่างเดียว^{[ 21 ]}การค้นพบนี้ช่วยให้Otto Schottพัฒนาเทอร์โมมิเตอร์แบบลิเธียมที่แม่นยำเป็นครั้งแรก การศึกษาอย่างเป็นระบบมากขึ้นเกี่ยวกับการนำไฟฟ้าของไอออนในแก้วปรากฏขึ้นในปี 1884 ^{[ 22 ]}แต่ได้รับความสนใจอย่างกว้างขวางในอีกหนึ่งศตวรรษต่อมา กฎสากลหลายข้อได้รับการกำหนดขึ้นจากประสบการณ์สำหรับแก้วไอออนิกและขยายไปยังตัวนำไอออนิกอื่นๆ เช่น การพึ่งพาความถี่ของการนำไฟฟ้า σ(ν) – σ(0) ~ ν ^pโดยที่เลขชี้กำลัง p ขึ้นอยู่กับวัสดุ แต่ไม่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ อย่างน้อยก็ต่ำกว่า ~100 K พฤติกรรมนี้เป็นลักษณะเฉพาะของการนำไฟฟ้าแบบกระโดดที่ถูกกระตุ้นระหว่างไซต์ใกล้เคียง^{[ 2 ]}

ในปี พ.ศ. 2518 ปีเตอร์ วี. ไรท์ นักเคมีพอลิเมอร์จากเชฟฟิลด์ (สหราชอาณาจักร) ได้ผลิตพอลิเมอร์อิเล็กโทรไลต์ตัวแรก ซึ่งประกอบด้วยเกลือโซเดียมและโพแทสเซียมใน เมทริกซ์ โพลีเอทิลีนออกไซด์ (PEO) ^{[ 23 ]} ต่อมาได้มีการนำเสนอพอลิเมอร์ อิเล็กโทรไลต์อีกประเภทหนึ่ง คือพอลิอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งไอออนจะเคลื่อนที่ผ่านเมทริกซ์พอลิเมอร์ที่มีประจุไฟฟ้า แทนที่จะเป็นกลาง พอลิเมอร์อิเล็กโทรไลต์แสดงค่าการนำไฟฟ้าต่ำกว่าแก้ว แต่มีราคาถูกกว่า ยืดหยุ่นกว่ามาก และสามารถขึ้นรูปและแปรรูปเป็นรูปทรงต่างๆ ได้ง่ายกว่า^{[ 24 ]}ในขณะที่แก้วไอออนิกมักจะใช้งานที่อุณหภูมิต่ำกว่า ตัวนำพอลิเมอร์มักจะถูกทำให้ร้อนที่อุณหภูมิสูงกว่า อุณหภูมิ การเปลี่ยนสถานะของแก้วดังนั้นทั้งสนามไฟฟ้าและการเสียรูปทางกลจึงลดลงในระยะเวลาใกล้เคียงกันในพอลิเมอร์ แต่ไม่ใช่ในแก้ว^{[ 19 ] [ 24 ]} ระหว่างปี 1983 ถึง 2001 เชื่อกันว่าเศษส่วนอสัณฐานเป็นสาเหตุของการนำไฟฟ้าไอออนิก กล่าวคือ ความไม่เป็นระเบียบของโครงสร้าง (เกือบ) สมบูรณ์เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการขนส่งไอออนิกอย่างรวดเร็วในพอลิเมอร์^{[ 19 ]}อย่างไรก็ตาม มีการอธิบายพอลิเมอร์ผลึกจำนวนหนึ่งในปี 2001 และหลังจากนั้น โดยมีค่าการนำไฟฟ้าไอออนิกสูงถึง 0.01 S/cm 30 °C และพลังงานกระตุ้นเพียง 0.24 eV ^{[ 2 ]}

ในช่วงทศวรรษ 1970-1980 ได้มีการตระหนักว่าระบบขนาดนาโนอาจส่งผลต่อการนำไฟฟ้าของไอออน ซึ่งเป็นการเปิดสาขาใหม่ของนาโนไอออนิกส์ในปี 1973 มีรายงานว่าการนำไฟฟ้าของไอออนของ ผลึก ลิเธียมไอโอไดด์ (LiI) สามารถเพิ่มขึ้นได้ถึง 50 เท่าโดยการเติมผงละเอียดของ วัสดุ ฉนวน (อะลูมินา) เข้าไป ^{[ 25 ]}ผลกระทบนี้ได้รับการทำซ้ำในช่วงทศวรรษ 1980 ใน Ag- และ Tl-เฮไลด์ที่เจือด้วยอนุภาคนาโนอะลูมินา^{[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]}ในทำนองเดียวกัน การเติมอนุภาคนาโนฉนวนช่วยเพิ่มการนำไฟฟ้าของพอลิเมอร์ไอออนิก^{[ 29 ] [ 30 ]}ผลลัพธ์ที่ไม่คาดคิดเหล่านี้ได้รับการอธิบายโดยการแยกประจุที่ส่วนต่อประสานระหว่างเมทริกซ์และอนุภาคนาโน ซึ่งให้ช่องทางการนำไฟฟ้าเพิ่มเติมแก่เมทริกซ์ และจำเป็นต้องมีอนุภาคฟิลเลอร์ขนาดเล็กเพื่อเพิ่มพื้นที่ของส่วนต่อประสานนี้^{[ 26 ]}สังเกตเห็นผลการแยกประจุที่คล้ายกันสำหรับขอบเกรนในตัวนำไอออนิกผลึก^{[ 2 ]}

ภายในปี 1971 เซลล์โซลิดสเตทและแบตเตอรี่ที่ใช้รูบิเดียมซิลเวอร์ไอโอไดด์ (RbAg ₄ I ₅ ) ได้รับการออกแบบและทดสอบในช่วงอุณหภูมิและกระแสการคายประจุที่หลากหลาย^{[ 31 ]}แม้ว่า RbAg ₄ I ₅จะมีค่าการนำไฟฟ้าค่อนข้างสูง แต่ก็ไม่เคยถูกนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์เนื่องจากมีปริมาณพลังงานโดยรวมต่อหน่วยน้ำหนักต่ำ (ประมาณ 5 W·h/kg) ^{[ 32 ]} ในทางตรงกันข้าม LiI ซึ่งมีค่าการนำไฟฟ้าเพียงประมาณ 1 × 10⁻⁷ S/cm ที่อุณหภูมิห้อง พบว่ามีการใช้งานอย่างแพร่หลายในแบตเตอรี่สำหรับเครื่องกระตุ้นหัวใจเทียมอุปกรณ์ดังกล่าวเครื่องแรกซึ่งใช้ LiI ที่ไม่เจือปน ถูกฝังในมนุษย์ในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2515 ที่เมืองเฟอร์ราราประเทศอิตาลี ^{[ 33 ]}รุ่นต่อมาใช้ฟิล์ม LiI เป็นอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งเจือปนด้วยอนุภาคนาโนอะลูมินาเพื่อเพิ่มการนำไฟฟ้า ^{[ 25 ]} LiI ถูกสร้างขึ้นใน ปฏิกิริยาเคมี ในแหล่งกำเนิดระหว่างขั้วบวก Li และขั้วลบไอโอดีน-โพลี( 2-ไวนิลไพริดีน ) ดังนั้นจึงสามารถซ่อมแซมตัวเองจากการกัดเซาะและรอยแตกได้ในระหว่างการใช้งาน ^{[ 34 ]}

เซลล์โซเดียม-ซัลเฟอร์ ซึ่งใช้เซรามิก β-Al ₂ O ₃อิเล็กโทรไลต์คั่นระหว่างแอโนดโซเดียมหลอมเหลวและแคโทดซัลเฟอร์หลอมเหลว แสดงให้เห็นความหนาแน่นของพลังงานสูง และได้รับการพิจารณาสำหรับแบตเตอรี่รถยนต์ในช่วงทศวรรษ 1990 แต่ถูกละทิ้งเนื่องจากความเปราะของอะลูมินา ซึ่งส่งผลให้เกิดรอยแตกและความล้มเหลวที่สำคัญเนื่องจากปฏิกิริยาระหว่างโซเดียมหลอมเหลวกับซัลเฟอร์ การแทนที่ β-Al ₂ O ₃ด้วยNASICONไม่ได้ช่วยให้การใช้งานนี้ประสบความสำเร็จ เนื่องจากไม่ได้แก้ปัญหาการแตกร้าว และเนื่องจาก NASICON ทำปฏิกิริยากับโซเดียมหลอมเหลว^{[ 2 ]}

เซอร์โคเนียที่เสถียรด้วยอิตเทรียมถูกใช้เป็นอิเล็กโทรไลต์ของแข็งในเซ็นเซอร์ออกซิเจนในรถยนต์ โดยสร้างแรงดันไฟฟ้าที่ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของออกซิเจนและก๊าซไอเสีย และให้การป้อนกลับทางอิเล็กทรอนิกส์แก่หัวฉีดเชื้อเพลิง^{[ 35 ]}เซ็นเซอร์ดังกล่าวยังติดตั้งอยู่ในโรงงานโลหะวิทยาและโรงงานผลิตแก้วหลายแห่ง^{[ 36 ]}เซ็นเซอร์ที่คล้ายกันสำหรับ CO2 _{คลอรีน}และก๊าซอื่นๆ ที่ใช้อิเล็กโทรไลต์ซิลเวอร์เฮไลด์ของแข็งได้รับการเสนอในช่วงปี 1980-1990 ^{[ 2 ]} ตั้งแต่กลางทศวรรษ 1980 อิเล็กโทรไลต์ของแข็งที่ใช้ลิเธียมถูกนำมาใช้เพื่อแยก ฟิล์ม อิเล็กโทรโครมิก (โดยทั่วไปคือ WO3 ₎และฟิล์มเก็บไอออน (โดยทั่วไปคือ LiCoO2 ^{) ในกระจกอัจฉริยะ [} ₃₇ ] ซึ่งเป็น^{หน้าต่างที่}มีความโปร่งใสถูกควบคุมโดยแรงดันไฟฟ้าภายนอก^{[ 38 ]}

ตัวนำไอออนแบบโซลิดสเตตเป็นส่วนประกอบสำคัญของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเซลล์เชื้อเพลิงเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน (PEMFCs) ซูเปอร์คาปาซิเตอร์ซึ่งเป็นอุปกรณ์จัดเก็บพลังงานไฟฟ้าเคมีประเภทใหม่ และเซลล์เชื้อเพลิงออกไซด์ของแข็งซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ผลิตไฟฟ้าจากการออกซิเดชันเชื้อเพลิงNafionซึ่งเป็นโคพอลิเมอร์ฟลูออโร ที่มีความยืดหยุ่น ซึ่งค้นพบในช่วงปลายทศวรรษ 1960 ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะอิเล็กโทรไลต์พอลิเมอร์ใน PEMFCs ^{[ 2 ]}

• แบตเตอรี่โซลิดสเตท