Cuando empezamos los estudios sobre electricidad en conductores metálicos, tuvimos contacto con tres propiedades fundamentales: corriente eléctrica (símbolo=i, unidad SI=A (amperios)), resistencia eléctrica (símbolo=R, unidad SI=W (ohmios)) y potencial eléctrico (símbolo=F, unidade SI=V (voltios)). )). El término corriente eléctrica está asociado a un flujo de carga a través del conductor. En el caso de los conductores metálicos este flujo de carga está asociado directamente al transporte de electrones que son transferidos de un punto de mayor potencial eléctrico para otro de menor potencial. Al atravesar un determinado material, la corriente de electrones sufre resistencia a su movimiento y, sorprendentemente, cada material presenta una resistencia diferenciada.

Estas tres cantidades fundamentales están relacionadas entre si por lo que conocemos como la Lei de Ohm, expresada matemáticamente por:

Esta expresión nos dice que el flujo de electrones en un conductor (i) es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada. La constante de proporcionalidad entre las dos cantidades será la resistencia eléctrica del material. En otras palabras, para un conductor metálico, bajo el efecto de una diferencia de potencial, cuanto menor la resistencia eléctrica del material, mayor será la corriente circulando a través del mismo y vice-versa. Cuando 1 A de corriente fluye a través de un material que presenta una resistencia de 1 W tenemos una diferencia de potencial de 1 V.

De las tres propiedades mencionadas anteriormente, la resistencia es la única que conserva las características eléctricas del material y por consiguientee puede ser usada como una propiedad apropiada para clasificar diferentes materiales como buenos y malos conductores de eletricidad. Una otra propiedad que puede ser utilizada para clasificar estas mismas propiedades eléctricas de los materiales es la conductancia eléctrica. Esta propiedad corresponde única y exclusivamente a la inversa de la resistencia y puede ser entendida fisicamente como la facilidad con que un determinado material permite la conducción de la corriente eléctrica. Su unidad es definida como W^-1.

Un asunto interesante que aparece en el estudio de la conducción de electricidad es que algunos materiales en ciertas condiciones físicas no conducen electricidad. Sin embargo, alterandose estas condiciones el mismo material puede pasar a conducir electricidad. Un ejemplo simple a ser considerado es la sal de cocina, NaCl. Esta sal, a la temperatura ambiente, es un pésimo conductor de electricidad y es caracterizado como un aislante. Sin embargo, basta fundirlo o disolverlo en agua que se nota una conducción de electricidad en proporción elevada. Los fenómenos como este llevarón a los cientistas del siglo pasado a cuestionar si el mecanismo de conducción de electricidad en metales era el mismo observado, por ejemplo, en el NaCl.

El primero en sugerir que los mecanismos de conducción eran completamente distintos fue Arrhenius. Entre 1880 y 1890, Arrhenius, estudiando la conductividad eléctrica de soluciones ácidas, sugirió que el mecanismo de conducción eléctrica en determinadas sustancias ocurría debido a la migración de los iones y no de los electrones como en los conductores metálicos. Esta hipótesis abrió las puertas para una série de desarrollos sobre la conductividad eléctrica y por eso le concedierón el premio Nobel de química a Arrhenius. Apenas como curiosidad, aunque los estudios de disociación iónica tengan proporcionado reconocimiento internacional a Arrhenius, se verifica en sus declaraciones preocupaciones profundas con el medio ambiente. Arrhenius ya sugería al principio del siglo que el desarrollo industrial podría alterar las condiciones climáticas del planeta significativamente.

Actualmente se verifica que la conducción eléctrica ocurre por la migración, de electrones o iones, en distancias del orden del tamanho de los cristales. La conducción generalmente prevalece para uno o otro cargador, pero en algunos materiales inorgánicos la conducción electrónica y iónica es observada simultáneamente [1].

Los valores de condutividad típicos están en la Tabla 1 [1]. Las conductividades son generalmente dependientes de la temperatura y aumentan con el incremento de la temperatura para todos los materiales, excepto los metales. En este caso, la mayor conductividad es observada a bajas temperaturas. En algunos metales todavía ocurre el fenómeno de supercondutividad a temperaturas próximas del cero absoluto, es decir, -273 oC ou 0 K..

Tabla 1: Valores típicos de conductividad eléctrica [1].

La conductividad iónica, derivada de la migración de los iones, no ocurre en gran extensión en la mayoria de los sólidos iónicos y covalentes, tales como los óxidos e haluros. Puede parecer polémico mencionar la conductividad iónica en sólidos covalentes, sin embargo, es necesario tener en mente que la expresión "sólidos covalentes" se refiere a la predominancia de la covalencia, sin despreciar cualquier proporción del caracter iónico en los enlaces. En estos casos, los átomos tienden a quedarse esencialmente fijos en sus posiciones en el retículo y sólo pueden moverse a través de defectos en el retículo cristalino [1]. Unicamente a temperaturas altas, donde la concentración de los defectos es realmente elevada y donde los átomos adquieren energía térmica, entonces la conductividad iónica se hace apreciable. Como ejemplo, la conductividad iónica del NaCl a aproximadamente 1073 K (800 oC), un poco debajo de su fusión, es aproximadamente 10^-1 Sm^-1, mientras a la temperatura ambiente el NaCl es un aislante [1].

Existe, sin embargo, un grupo de sólidos llamado indistintamente de electrólitos sólidos, conductores iónicos rápidos o conductores superiónicos, en los cuales un conjunto de iones, los aniones o los cationes, pueden moverse libremente. Estos materiales frecuentemente tienen estructuras cristalinas muy específicas, en los cuales existen túneles o camadas abiertas, a lo largo de los cuales los iones pueden moverse. Los valores de conductividad de esos materiales son comparables a los observados para electrólitos líquidos fuertes. Un ejemplo es el valor de conductividad de 10^-1 Sm^-1 presentado por el ion Na⁺ en b-alúmina, a 298 K (25 °C) [1].

Existe un gran interés en estudiar las propiedades de esos electrólitos sólidos, en desarrollar nuevos ejemplos de ese tipo de material, y en extender su rango de aplicaciones en dispositivos electroquímicos de estado sólido.