BR102015019917A2 - formulações de eletrólitos para uso em elementos de energização biocompatíveis - Google Patents

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Abstract

"formulações de eletrólitos para uso em elementos de energização biocompatíveis". a presente invenção se refere a formulações eletrolíticas para uso em elementos de energização biocompatíveis. em alguns exemplos, as formulações eletrolíticas para uso em elementos de energização biocompatíveis envolvem eletrólitos em estado líquido formulados para otimizar a biocompatibilidade, o desempenho elétrico e o desempenho físico. os elementos ativos do eletrólito são vedados com um material biocompatível. em alguns exemplos, um campo de uso para o aparelho pode incluir qualquer produto ou dispositivo biocompatível que exija elementos de energização.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "FORMULAÇÕES DE ELETRÓLITOS PARA USO EM ELEMENTOS DE ENERGIZAÇÃO BIOCOMPATÍVEIS".
REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS
[0001] Este pedido de patente reivindica o benefício do pedido provisório de patente U.S. n° 62/040178, depositado no dia 21 de agosto de 2014.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO 1. Campo da invenção [0002] As formulações eletrolíticas para uso em uma bateria bio-compatível são descritas. Em alguns exemplos, um campo de uso para as formulações eletrolíticas para uso em uma bateria biocompatí-vel pode incluir qualquer dispositivo ou produto biocompatível que requer energia. 2. Descrição da técnica relacionada [0003] Recentemente, diversos dispositivos médicos e suas funcionalidades começaram a ser desenvolvidos rapidamente. Esses dispositivos médicos podem incluir, por exemplo, marca-passos implantá-veis, pílulas eletrônicas para monitorar e/ou testar uma função biológica, dispositivos cirúrgicos com componentes ativos, lentes de contato, bombas de infusão e neuroestimulantes. A funcionalidade acrescentada e um aumento no desempenho a muitos dos dispositivos médicos supracitados têm sido teorizados e desenvolvidos. Entretanto, para alcançar a funcionalidade adicionada teorizada, muitos desses dispositivos agora exigem meios de energização próprios que são compatíveis com as exigências de tamanho e formato desses dispositivos, assim como as exigências dos novos componentes energizados.
[0004] Alguns dispositivos médicos podem incluir componentes elétricos, como dispositivos semicondutores que realizam uma variedade de funções, e podem ser incorporados em muitos dispositivos bi-ocompatíveis e/ou implantáveis. Entretanto, tais componentes semicondutores exigem energia e, portanto, elementos de energização também têm que ser incluídos, de preferência, em tais dispositivos bi-ocompatíveis. A topologia e o tamanho relativamente pequeno dos dispositivos biocompatíveis podem criar ambientes desafiadores para a definição de várias funcionalidades. Em muitos exemplos, é importante fornecer meios seguros, confiáveis, compactos e de baixo custo para energizar os componentes semicondutores no interior dos dispositivos biocompatíveis. Assim, existe uma necessidade de elementos de energização biocompatíveis formados para implantação dentro ou sobre os dispositivos biocompatíveis, em que a estrutura do milímetro ou elementos de energização com tamanho menor fornecem função melhorada para o elemento de energização enquanto mantém a bio-compatibilidade.
[0005] Tal elemento de energização usado para energizar um dispositivo pode ser uma bateria. Um elemento comum em baterias é o eletrólito de bateria. O eletrólito de bateria facilita a transferência de elétrons para fora da célula através de condução iônica no interior da célula. A função de baterias pode depender criticamente do design da estrutura, materiais e processos relacionados com a formação do eletrólito de bateria. Além disso, em alguns exemplos, o confinamento de materiais de eletrólito de bateria pode ser um aspecto importante de biocompatibilidade. Portanto, existe uma necessidade de exem- pios inovadores de formação de eletrólitos biocompatíveis para uso em elementos de energização biocompatíveis.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[0006] Consequentemente, as formulações eletrolíticas para uso em uma bateria biocompatível são reveladas, as quais fornecem vantagens eletroquímicas e biocompatíveis, mantendo a biocompatibilida-de, o desempenho e a função necessária para os elementos de energização biocompatíveis.
[0007] Um aspecto geral inclui uma bateria biocompatível contendo uma formulação eletrolítica, em que a bateria biocompatível inclui um primeiro e um segundo coletor de corrente. A bateria biocompatível compreende também um cátodo. A bateria biocompatível inclui também um ânodo. A bateria pode ter uma estrutura laminar; em que pelo menos uma camada da estrutura laminar tem um volume removido para formar uma cavidade. A cavidade contém uma solução eletrolítica, em que a solução eletrolítica inclui um sal ionizante e um solvente.
[0008] Implementações podem incluir uma ou mais das seguintes características. Em alguns exemplos, o sal ionizante da bateria biocompatível pode ser um ou mais dentre cloreto de zinco, cloreto de amônio, acetato de zinco, sulfato de zinco, brometo de zinco, hidrato de giuconato de zinco, nitrato de zinco e iodeto de zinco. Em alguns exemplos, o solvente é a água.
[0009] Pode haver outros aditivos que são incluídos na bateria biocompatível. Por exemplo, a bateria biocompatível pode incluir íon de índio +3 fornecido como acetato de índio. Além disso, a bateria biocompatível pode incluir sulfato de índio.
[0010] Pode haver agentes gelificantes que são adicionados à batería biocompatível para uma variedade de propósitos, incluindo a melhoria da segurança, impedindo a possibilidade de fuga de eletróli-to da batería biocompatível. Em alguns exemplos, os agentes gelificantes que podem ser adicionados à batería biocompatível podem incluir um ou mais dentre ágar, carboximetilcelulose e hidróxi propil me-til celulose.
[0011] A batería biocompatível pode incluir sais que são comumente incluídos na solução de empacotamento (também chamada de solução de embalagem), como cloreto de sódio e borato de sódio, entre um grande número de sais.
[0012] A batería biocompatível pode incluir um tensoativo. Em alguns exemplos, o tensoativo é triton qs44.
[0013] As baterias biocompatíveis podem alimentar dispositivos bio-médicos. Em alguns exemplos, as diversas baterias biocompatíveis da presente invenção podem ser incluídas em dispositivos biomédicos ener-gizados. Em alguns destes exemplos, o dispositivo biomédico é uma lente de contato.
[0014] As baterias biocompatíveis podem ter numerosas células formadas nas mesmas, e estas células podem ter, individualmente, diferentes funções em alguns exemplos. Um aspecto geral inclui uma batería biocompatível, em que a bateria biocompatível inclui: um primeiro e um segundo coletor de corrente, um cátodo, um ânodo; e uma estrutura laminar. Em alguns exemplos, pelo menos uma camada da estrutura laminar pode ter um primeiro volume removido para formar uma primeira cavidade e um segundo volume removido para formar uma segunda cavidade. A formulação eletrolítica pode ser contida den- tro da primeira cavidade. A batería biocompatível pode também incluir um canal entre a primeira cavidade e a segunda cavidade; em que um elemento eletroativo controla o fluxo através do canal. Em alguns exemplos, pelo menos uma camada da estrutura laminar pode ter um terceiro volume removido para formar uma terceira cavidade. Esta terceira cavidade pode também incluir eletrodos, e a solução eletrolítica pode difundir-se para a terceira cavidade a partir de um local externo. A difusão do eletrólito a partir de um local externo para a terceira cavidade pode ativar uma célula reserva na terceira cavidade. Em alguns exemplos, a batería biocompatível pode também responder a um sinal luminoso que pode interagir com uma fotocélula conectada a um circuito eletrônico alimentado pelas células reservas na terceira cavidade. Quando o sinal de luz é recebido, o mesmo, por sua vez, pode ativar um elemento eletroativo da batería biocompatível permitindo que o eletrólito flua para dentro da segunda cavidade.
[0015] Um aspecto geral inclui uma batería biocompatível contendo uma formulação eletrolítica, em que a bateria biocompatível inclui: um primeiro e um segundo coletor de corrente, um cátodo, um ânodo; e uma estrutura laminar. A estrutura laminar pode ter volume removido para formar uma cavidade, em que a cavidade é preenchida com um eletrólito. Em alguns exemplos, o eletrólito pode incluir aproximadamente 10 a 20 por cento de cloreto de zinco, aproximadamente 250 a 500 ppm de triton qs44, e aproximadamente 100 a 200 ppm de íon de índio +3 fornecido como acetato de índio.
[0016] Um aspecto geral inclui uma bateria biocompatível contendo uma formulação eletrolítica, em que a bateria biocompatível inclui: um primeiro e um segundo coletor de corrente, um cátodo, um ânodo; e uma estrutura laminar. A estrutura laminar pode ter volume removido para formar uma cavidade, em que um eletrólito gelificado é formado dentro de pelo menos uma porção da cavidade. Em alguns exemplos, o eletrólito gelificado pode incluir aproximadamente nitrato de cálcio 2 molar em água desionizada, aproximadamente 1 por cento em peso por peso de carboximetilcelulose, e aproximadamente 10 por cento em peso por peso de dióxido de silício.
[0017] Um aspecto geral inclui um aparelho dispositivo biomédico que inclui um dispositivo de elemento de inserção. O dispositivo de inserção pode incluir um elemento eletroativo responsivo a um sinal de tensão de controle, e uma batería biocompatível. A batería biocompatível pode incluir um primeiro e um segundo coletor de corrente, um cátodo, um ânodo, um separador e uma estrutura laminar. A estrutura laminar pode ter volume removido para formar uma cavidade, em que a cavidade é preenchida com um eletrólito entre outras coisas. A bateria biocompatível pode incluir um sal ionizante; e um solvente. O aparelho dispositivo biomédico pode também incluir um circuito eletricamente conectado à bateria biocompatível fornecendo o sinal de tensão de controle para o elemento eletroativo. Em alguns exemplos, o dispositivo biomédico pode ser uma lente de contato.
[0018] A bateria biocompatível pode ter uma estrutura interna em que a camada ou camadas que têm cavidades formadas nelas têm pelo menos um terceiro volume removido para formar um terceiro tipo de cavidade. A terceira cavidade pode também incluir eletrodos. Em alguns casos, a solução eletrolítica pode difundir-se para a terceira cavidade a partir de um local externo. A difusão da solução eletrolítica deste modo pode ativar a terceira cavidade como uma célula re- serva, que se torna uma batería ativa. Em alguns exemplos estas células reservas podem alimentar um circuito contendo elementos detectores que podem responder a um sinal externo. Quando o sinal externo interage com os elementos detectores, o sinal elétrico resultante da interação pode ativar um elemento eletroativo no restante da batería que pode permitir que o eletrólito flua a partir de locais de armazenagem em um primeiro tipo de cavidade para uma célula de batería de reserva em um segundo tipo de cavidade. Pode haver células de bateria adicionais e células reservas formadas desta maneira em um elemento da bateria biocompatível.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0019] Os recursos e as vantagens anteriormente mencionados, assim como outros, da presente invenção ficarão evidentes a partir da descrição mais particular a seguir de modalidades preferenciais da invenção, conforme ilustrado nos desenhos anexos.
[0020] As Figuras 1A a 1D ilustram aspectos exemplificadores de elementos de energização biocompatíveis em conjunto com a aplicação exemplificadora de lentes de contato.
[0021] A Figura 2 ilustra o formato e o tamanho exemplificadores de células individuais de um design de bateria exemplificador.
[0022] A Figura 3A ilustra um primeiro elemento de energização biocompatível embalado e independente com conexões anódicas e catódi-cas exemplificadoras.
[0023] A Figura 3B ilustra um segundo elemento de energização biocompatível embalado e independente com conexões anódicas e catódi-cas exemplificadoras.
[0024] As Figuras 4A a 4N ilustram etapas de método exemplificador para a formação de elementos de energização biocompatíveis para dispositivos biomédicos.
[0025] A Figura 5 ilustra um elemento de energização biocompatível completamente formado exemplificador.
[0026] As Figuras 6A a 6F ilustram etapas de método exemplificador para a formação estrutural de elementos de energização biocompatíveis.
[0027] As Figuras 7A a 7F ilustram etapas de método exemplificador para formação estrutural de elementos de energização biocompatíveis utilizando um método de galvanoplastia alternada.
[0028] As Figuras 8A a 8H ilustram etapas de método exemplificador para a formação de elementos de energização biocompatíveis com separador de hidrogel para dispositivos biomédicos.
[0029] As Figuras 9A a C ilustram etapas de métodos exemplifi-cadores para a formação estrutural de elementos de energização biocompatíveis utilizando exemplos de processamento de hidrogel alternativos.
[0030] As Figuras 10A a 10F ilustram depósito otimizado e não otimizado de uma mistura de cátodo em uma cavidade.
[0031] A Figura 11 ilustra a aglomeração de uma mistura de cátodo dentro de uma cavidade.
[0032] As Figuras 12A-12F ilustram o uso exemplificador de um ele-trólito gelificado em um elemento de energização biocompatível. DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[0033] As formulações eletrolíticas para uso em uma bateria biocompatível são reveladas no presente pedido. Nas seções a seguir, descrições detalhadas de vários exemplos são realizadas. As descri- ções dos exemplos são modalidades exemplificadoras apenas e várias modificações e alterações podem ser aparentes àqueles versados na técnica. Portanto, os exemplos não limitam o escopo do presente pedido. As formulações eletrolíticas, e as estruturas que as contêm, podem ser projetadas para serem usadas em baterias biocompatíveis. Em alguns exemplos, estas baterias biocompatíveis podem ser projetadas para uso em, ou próximo ao corpo de um organismo vivo. Glossário [0034] Na descrição e nas reivindicações abaixo, vários termos podem ser usados para os quais as seguintes definições se aplicarão: [0035] "ânodo", como usado aqui, refere-se a um eletrodo através do qual uma corrente elétrica flui para o interior de um dispositivo elétrico polarizado. A direção da corrente elétrica é tipicamente oposta à direção do fluxo de elétrons. Em outras palavras, os elétrons fluem do ânodo para, por exemplo, um circuito elétrico.
[0036] "Aglutinante", para uso na presente invenção, refere-se a um polímero que é capaz de exibir respostas elásticas a deformações mecânicas, e que é quimicamente compatível com outros componentes de elemento de energização. Por exemplo, os aglutinantes podem incluir materiais eletroativos, eletrólitos, polímeros etc.
[0037] "Biocompatível", para uso na presente invenção, refere-se a um material ou dispositivo que realiza com um hospedeiro apropriado resposta em uma aplicação específica. Por exemplo, um dispositivo biocompatível não tem efeitos tóxicos ou lesivos em sistemas biológicos.
[0038] "Cátodo", para uso na presente invenção, refere-se a um eletrodo através do qual corrente elétrica flui para fora de um dispositi- vo elétrico polarizado. A direção da corrente elétrica é tipicamente oposta à direção do fluxo de elétrons. Portanto, os elétrons fluem para o interior do cátodo do dispositivo elétrico polarizado e para fora, por exemplo, do circuito elétrico conectado.
[0039] "Revestimento", para uso na presente invenção, refere-se a um depósito de material em formas finas. Em alguns usos, o termo se referirá a um depósito fino que cobre substancialmente a superfície de um substrato sobre o qual está formado. Em outros usos mais especializados, o termo pode ser usado para descrever pequenos depósitos finos em regiões menores da superfície.
[0040] "Eletrodo", conforme usado na presente invenção, pode se referir a uma massa ativa na fonte de energia. Por exemplo, pode incluir um ou ambos dentre ânodo e cátodo.
[0041] "Energizado", para uso na presente invenção, refere-se ao estado de ser capaz de abastecer corrente elétrica ou ter energia elétrica armazenada em seu interior.
[0042] "Energia", para uso na presente invenção, se refere à capacidade de um sistema física para realizar trabalho. Muitos usos dos elementos de energização podem se referir à capacidade de executar ações elétricas.
[0043] "Fonte de energia" ou "elemento de energização" ou "dispositivo de energização", para uso na presente invenção, refere-se a qualquer dispositivo ou camada que seja capaz de fornecer energia ou colocar um dispositivo lógico ou elétrico em um estado energizado. Os elementos de energização podem incluir baterias. As baterias podem ser formadas por células do tipo alcalina e podem ser baterias de estado sólido ou baterias de célula molhada.
[0044] "Cargas", conforme usadas no presente documento, referem-se a um ou mais separadores de elementos de energização que não reagem com qualquer um dentre eletrólitos ácidos ou alcalinos. Geralmente, as cargas podem incluir substancialmente materiais insolúveis em água, como negro de fumo; poeira de hulha grafite; óxi-dos e hidróxidos metálicos, como aqueles de silício, alumínio, cálcio, magnésio, bário, titânio, ferro, zinco, e estanho; metal carbonatos como aqueles de cálcio e magnésio; minerais como mica, montmoril-lonita, caulinita, atapulgita e talco; zeólitas sintéticas e naturais, cimento Portland; silicatos de metal precipitado, como silicato de cálcio; polímero sólido ou oco ou microesferas vítreas, flocos e fibras; etc.
[0045] "Funcionalizado", para uso na presente invenção, refere-se a tornar uma camada ou dispositivo capaz de executar uma função que inclui, por exemplo, energização, ativação e/ou controle.
[0046] "Sal ionizante" como usado aqui refere-se a um sólido iôni-co que irá se dissolver em um solvente para produzir íons dissolvidos em solução. Em muitos exemplos, o solvente pode compreender água.
[0047] "Molde", para uso na presente invenção, refere-se a um objeto rígido ou semirrígido que pode ser usado para formar objetos tridimensionais a partir de formulações não curadas. Alguns moldes exemplificadores incluem duas partes de molde que, quando opostas uma à outra, definem a estrutura de um objeto tridimensional.
[0048] "Potência" conforme usado no presente documento, refere-se ao trabalho realizado ou à energia transferida por unidade de tempo.
[0049] "Recarregável" ou "Reenergizável", como usado na presente invenção, refere-se a uma capacidade de restauração para um estado com maior capacidade de realização de trabalho. Muitos usos podem se referir à capacidade de ser restaurado com a habilidade de fluir corrente elétrica a uma certa taxa por certos períodos de tempo restabelecidos.
[0050] "Reenergizar" ou "Recarregar", como usado aqui, refere-se à restauração a um estado com capacidade superior de realizar trabalho. Diversos usos podem se relacionar à restauração de um dispositivo a capacidade de fluxo de corrente elétrica a uma certa taxa por um determinado período de tempo restabelecido.
[0051] "Liberado", para uso na presente invenção e algumas vezes referido como "liberado de um molde", significa que um objeto tridimensional é ou completamente separado do molde ou está apenas fixado de maneira frouxa ao molde, de modo que possa ser removido com agitação moderada.
[0052] "Empilhado", como usado aqui, significa colocar pelo menos duas camadas componentes próximas uma à outra de modo que pelo menos uma porção de uma superfície de uma das camadas entre em contato com uma primeira superfície de uma segunda camada. Em alguns exemplos, um revestimento, seja para a adesão ou outras funções, pode residir entre as duas camadas que estão em contato uma com a outra através do dito revestimento.
[0053] "Trilhos", para uso na presente invenção, refere-se a componentes de elemento de energização capazes de se conectar eletricamente aos componentes de circuito. Por exemplo, trilhos de circuito podem incluir cobre ou ouro quando o substrato é uma placa de circuito impresso, e podem ser cobre, ouro ou um filme impresso em um circuito flexível. Um tipo especial de "Trilho" é o coletor de corrente. Os coletores de corrente são trilhos com compatibilidade eletroquímica que tor- nam os coletores de corrente adequados para uso na condução de elétrons para e a partir de um ânodo ou cátodo na presente de eletrólito.
[0054] Os métodos e o aparelho apresentados no presente documento referem-se à formação de elementos de energização biocompatí-veis para a inclusão em ou sobre dispositivos biocompatíveis tridimensionais ou planos. Uma classe particular de elementos de energização pode ser baterias que são fabricadas em camadas. As camadas também podem ser classificadas como camadas laminadas. Uma batería formada desta maneira pode ser classificada como uma bateria laminar.
[0055] Pode haver outros exemplos de como montar e configurar baterias de acordo com a presente invenção, e alguns podem ser descritos nas seções seguintes. No entanto, para muitos destes exemplos, são selecionados parâmetros e características das baterias que podem ser descritos em seu pleno direito. Nas seguintes seções, algumas características e parâmetros serão focados.
Construção de dispositivo biomédico exemplificador com elementos de energização biocompatíveis [0056] Um exemplo de um dispositivo biomédico que pode incorporar os Elementos de Energização, baterias, da presente invenção pode ser uma lente de contato de ajuste focal eletroativo. Com referência à Figura 1A, um exemplo de um tal inserto de lente de contato é descrito como inserto de lente de contato 100. No inserto de lente de contato 100, pode haver um elemento eletroativo 120 que pode acomodar alterações de característica focal em resposta a tensões de controle. Um circuito 105 para fornecer esses sinais de tensão de controle, bem como para fornecer outras funções, como detecção de controle do ambiente para sinais de controle externos, pode ser energiza- do por um elemento da batería biocompatível 110. Conforme descrito na Figura 1A, o elemento de batería 110 pode ser observado como múltiplas peças principais, neste caso, três peças, e pode incluir as várias configurações dos elementos de química da bateria, conforme foi discutido. Os elementos de bateria 110 podem ter vários recursos de interconexão para unir peças como pode ser retratado subjacente à região de interconexão 114. Os elementos de bateria 110 podem ser conectados a um elemento de circuito que pode ter seu próprio substrato 111, no qual os recursos de interconexão 125 podem estar localizados. O circuito 105, que pode estar na forma de um circuito integrado, pode ser eletricamente e fisicamente conectado ao substrato 111 e seus recursos de interconexão 125.
[0057] Com referência à Figura 1B, um alívio em seção transversal de uma lente de contato 150 pode compreender o elemento de inserção da lente de contato 100 e seus constituintes discutidos. O elemento de inserção da lente de contato 100 pode ser encapsulado em uma saia do hidrogel da lente de contato 155, que pode encapsular o elemento de inserção da lente de contato 100 e fornecer uma interface confortável da lente de contato 150 aos olhos de um usuário.
[0058] Em referência aos conceitos da presente invenção, os elementos de bateria podem ser formados em uma forma bidimensional, conforme descrito na Figura 1C. Nesta representação pode haver duas regiões principais das células de bateria nas regiões do componente da bateria 165 e do segundo componente da bateria na região do elemento químico da bateria 160. Os elementos de bateria, que são descritos na forma plana na Figura 1C, podem conectar a um elemento de circuito 163 que, no exemplo da Figura 1C, pode compreender duas áreas de circuito principais 167. O elemento de circuito 163 pode se conectar ao elemento da bateria em um contato elétrico 161 e um contato físico 162. A estrutura plana pode ser dobrada em uma estrutura cônica tridimensional, conforme foi descrito com relação à presente invenção. Nesse processo, um segundo contato elétrico 166 e um segundo contato físico 164 podem ser usados para ligar e estabilizar fisicamente a estrutura tridimensional. Com referência à Figura 1D, uma representação desta estrutura tridimensional cônica 180 pode ser encontrada. Os pontos de contato físicos e elétricos 181 também podem ser encontrados e a ilustração pode ser vista como uma vista tridimensional da estrutura resultante. Esta estrutura pode incluir o componente de bateria e elétrico modular que será incorporado com uma inserção de lente em um dispositivo biocom-patível.
Esquemas de bateria segmentada [0059] Com referência à Figura 2, um exemplo de diferentes tipos de sistemas de bateria segmentada é mostrado por um elemento da bateria exemplificador para um exemplo de tipo de lente de contato. Os componentes segmentados podem estar relativamente no formato circular 271, formato quadrado 272 ou formato retangular. Nos exemplos de formato retangular, os retângulos podem ser pequenas formas retangulares 273, formas retangulares maiores 274 ou formas retangulares ainda maiores 275.
Formas personalizadas de elementos de bateria plana [0060] Em alguns exemplos de baterias biocompatíveis, as baterias podem ser formadas como elementos planos. Com referência à Figura 3A, um exemplo de um contorno retangular 310 do elemento de bateria está representado com uma conexão do ânodo 311 e uma conexão do cátodo 312. Com referência à Figura 3B, um exemplo de um contorno circular 330 de um elemento de batería está representado com uma conexão do ânodo 331 e uma conexão do cátodo 332.
[0061] Em alguns exemplos de baterias no formato plano, os contornos da forma da batería podem ser dimensionalmente e geometricamente configurados para se adaptarem a produtos personalizados. Além de exemplos com contornos retangulares ou circulares, contornos feitos sob encomenda com "formato livre" ou de "forma livre" podem ser formados, os quais podem permitir a configuração da bateria para ser otimizada para se ajustar no interior de um determinado produto.
[0062] No caso do dispositivo biomédico exemplificador de uma ótica variável, um exemplo "de formato livre" de um contorno plano pode estar na forma arqueada. A forma livre pode ser de tal geometria que quando formada em um formato tridimensional, a mesma pode assumir a forma de uma saia anular cônica que encaixa dentro dos confins limitados de uma lente de contato. Pode ser claro que geome-trias benéficas similares podem ser formadas em que dispositivos médicos têm exigências restritivas de formato 2D ou 3D.
Aspectos de biocompatibilidade de baterias [0063] Como um exemplo, as baterias de acordo com a presente invenção podem ter importantes aspectos relacionados com a segurança e biocompatibilidade. Em alguns exemplos, as baterias para dispositivos biomédicos podem precisar cumprir as exigências acima, e além das mesmas para cenários típicos de uso. Em alguns exemplos, os aspectos de design podem ser considerados relacionados aos eventos de tensão. Por exemplo, a segurança de uma lente de contato eletrônica pode precisar ser considerada no evento de um usuário quebrar a lente durante a inserção ou remoção. Em outro exemplo, os aspectos de design podem considerar o potencial para um usuário ser atingido no olho por um objeto estranho. Ainda outros exemplos de condições de estresse que podem ser consideradas no desenvolvimento de restrições e parâmetros de design pode se referir ao potencial para um usuário utilizar a lente em ambientes desafiadores como o ambiente sob a água ou o ambiente em altitude alta em exemplos não limitadores.
[0064] A segurança de tal dispositivo pode ser influenciada pelos materiais dos quais o dispositivo é formado, pelas quantidades desses materiais empregados na fabricação do dispositivo, e também pela embalagem aplicada para separar os dispositivos do ou no ambiente corporal circundante. Em um exemplo, os marca-passos podem ser um tipo típico de dispositivo biomédico que pode incluir uma batería e que pode ser implantado em um usuário por um período de tempo prolongado. Consequentemente, em alguns exemplos, esses marca-passos podem, tipicamente, ser embalados com envoltórios de titânio herméticos soldados, ou em outros exemplos, múltiplas camadas de encapsulação. Dispositivos biomédicos emergentes alimentados podem apresentar novos desafios para a embalagem, especificamente a embalagem de batería. Esses novos dispositivos podem ser muito menores do que os dispositivos biomédicos existentes, por exemplo, uma lente de contato eletrônica ou câmera de pílula podem ser significativa mente menores do que um marca-passo. Nesses exemplos, o volume e área disponíveis para a embalagem podem ser bem reduzidos.
Requisitos elétricos de microbaterias [0065] Outra área para considerações de design pode se referir às exigências elétricas do dispositivo, que podem ser fornecidas pela batería. A fim de funcionar como uma fonte de energia para um dispositivo médico, uma bateria apropriada pode precisar cumprir as exigências elétricas totais do sistema ao operar em um modo não conectado ou não externamente alimentado. Um campo crescente de dispositivos biomédi-cos não conectados ou não externamente alimentados pode incluir, por exemplo, lentes de contato de correção de visão, dispositivos de monitoramento de saúde, câmeras de pílula e dispositivos novos. Os desenvolvimentos recentes na tecnologia de circuito integrado (Cl) podem permitir operação elétrica significante em níveis de corrente muito baixos, por exemplo, picoamperes de corrente no modo de espera e microamperes de corrente operacional. Os CIs também podem permitir dispositivos muito pequenos.
[0066] Microbaterias para aplicações biomédicas podem ser necessárias para cumprir muitas exigências desafiantes simultâneas. Por exemplo, pode ser necessário que a microbateria tenha a capacidade de administrar uma tensão operacional adequada em um circuito elétrico incorporado. Essa tensão operacional pode ser influenciada por vários fatores, incluindo o nó do processo de Cl, a tensão de saída do circuito a outro dispositivo e um-alvo de consumo da corrente particular, que também pode se referir a um ciclo de vida do dispositivo desejado.
[0067] Com relação ao processo de Cl, os nós podem tipicamente ser diferenciados pelo tamanho de recurso mínimo de um transistor, como o chamado canal do transistor. Esta característica física, junta- mente com outros parâmetros de fabricação de Cl como a espessura do óxido de porta, pode estar associada a um padrão de classificação resultante de voltagens de "ligação" ou de "limiar" de transistores de efeito de campo (FET) fabricados no dado nó do processo. Por exemplo, em um nó com um tamanho de recurso mínimo de 0,5 mícron, pode ser comum encontrar FETs com tensões ligadas de 5,0 V. Entretanto, em um tamanho mínimo de recurso de 90 nm, os FETs podem ligar a 1,2, 1,8 e 2,5 V. A fundição de Cl pode fornecer células padrão de blocos digitais, por exemplo, inversores e flip-flops que foram caracterizados e classificados para uso com certas faixas de tensão. Os projetistas escolheram um nó de processo de Cl com base em vários fatores, incluindo a densidade dos dispositivos digitais, dispositivos de sinal misturado analógico/digital, corrente de fuga, camadas de fiação e disponibilidade de dispositivos especiais como FET de alta tensão. Dados esses aspectos paramétricos dos componentes elétricos, que podem remover a energia de uma microbateria, pode ser importante que a fonte de energia da microbateria seja combinada com as exigências do nó do processo escolhido e design de Cl, especialmente em termos de tensão e corrente disponíveis.
[0068] Em alguns exemplos, um circuito elétrico energizado por uma microbateria, pode se conectar a outro dispositivo. Em exemplos não limitadores, o circuito elétrico energizado por microbateria pode se conectar a um atuador ou um transdutor. Dependendo da aplicação, os mesmos podem incluir um diodo emissor de luz (LED), um sensor, uma bomba de sistema microeletromecânico (MEMS), ou vários outros dispositivos similares. Em alguns exemplos, estes dispositivos conectados podem exigir condições de tensão operacional mais elevadas do que os nós de processo de Cl comuns. Por exemplo, uma lente de foco variável pode exigir 35 V para ativar. A tensão operacional fornecida pela batería pode, assim, ser uma consideração crítica ao projetar tal sistema. Em alguns exemplos deste tipo de consideração, a eficiência de um condutor de lente para produzir uma batería de 35 V a partir de uma batería de 1 V, pode ser significativamente menor do que poderia ser quando operando a partir de uma bateria de 2 V. Outras exigências, como tamanho da matriz, podem ser dramaticamente diferentes, considerando também os parâmetros operacionais da microba-teria.
[0069] As células de bateria individuais podem normalmente ser classificadas com voltagens de circuito aberto, carregadas e de corte. A tensão de circuito aberto é o potencial produzido pela célula de bateria com infinita resistência de carga. A tensão carregada é o potencial produzido pela célula com uma impedância de carga apropriada e, tipicamente, também especificada, colocada através dos terminais da célula. A tensão de corte é tipicamente uma tensão na qual a maioria das baterias foi descarregada. A tensão de corte pode representar uma tensão ou grau de descarga, abaixo do qual a bateria não deve ser descarregada para evitar efeitos prejudiciais, como emissão de gases em excesso. A tensão de corte pode tipicamente ser influenciada pelo circuito ao qual a bateria está conectada, não apenas a própria bateria, por exemplo, a tensão operacional mínima do circuito eletrônico. Em um exemplo, uma célula alcalina pode ter uma tensão de circuito aberto de 1,6 V, uma tensão carregada na faixa de 1,0 a 1,5 V e uma tensão de corte de 1,0 V. A tensão de um dado design de célula de microbateria pode depender de outros fatores da quími- ca da célula empregada. E, química da célula diferente pode, portanto, ter tensões de célula diferentes.
[0070] As células podem ser conectadas em série para aumentar a tensão; entretanto, esta combinação pode vir com desvantagens em relação ao tamanho, resistência interna, e complexidade da batería. As células podem também ser combinadas em configurações paralelas para diminuição da capacidade e aumento da resistência; entretanto, uma tal combinação pode ter desvantagem em relação ao tamanho e a vida útil.
[0071] A capacidade de batería pode ter a capacidade de uma batería de distribuir corrente, ou trabalhar, por um período de tempo. A capacidade de bateria pode, tipicamente, ser especificada em unidades como microampere-hora. Uma bateria que pode fornecer 1 microampere de corrente por 1 hora tem 1 microampere-hora de capacidade. A capacidade pode, tipicamente, ser aumentada, aumentando a massa (e, portanto, o volume) dos reagentes dentro de um dispositivo de bateria; entretanto, pode ser apreciado que os dispositivos biomédicos podem ser significativamente restringidos em volume disponível. A capacidade de bateria também pode ser influenciada por material de eletrodo e eletrólito.
[0072] Dependendo dos requisitos do conjunto de circuitos ao qual a bateria está conectada, uma bateria pode ser necessária para alimentar corrente por uma faixa de valores. Durante o armazenamento antes do uso ativo, uma corrente de fuga na ordem de picoamperes a nano-amperes pode fluir através dos circuitos, interconexões, e isolantes. Durante a operação ativa, o conjunto de circuitos pode consumir corrente quiescente para amostrar sensores, temporizadores de execução, e realizar essas funções de consumo de potência baixa. O consumo de corrente quiescente pode ser na ordem de nanoamperes a miliamperes. O conjunto de circuitos também pode ter demandas de corrente de pico ainda maiores, por exemplo, quando se escreve memória flash ou se comunica através de radiofrequência (RF). Essa corrente de pico pode estender-se até dezenas de miliamperes ou mais. A resistência e impe-dância de um dispositivo de microbateria também podem ser importantes para considerações de design.
[0073] A vida de prateleira pode, tipicamente, se referir ao período de tempo que uma bateria pode sobreviver em armazenamento e ainda manter parâmetros operacionais úteis. A vida de prateleira pode ser particularmente importante para os dispositivos biomédicos por diversas razões. Os dispositivos eletrônicos podem deslocar dispositivos não energizados, como, por exemplo, pode ser o caso para a introdução de uma lente de contato eletrônica. Os produtos nos espaços comerciais existentes podem ter requisitos de tempo de prateleira estabelecidos, por exemplo, três anos, devido ao consumidor, cadeia de suprimentos, e outros requisitos. Pode, tipicamente, ser desejado que essas especificações não sejam alteradas para novos produtos. Os requisitos de vida de prateleira também podem ser definidos pelos métodos de distribuição, inventário, e uso de um dispositivo que inclui uma microbateria. Consequentemente, as microbaterias para os dispositivos biomédicos podem ter exigências de vida útil específicas, que podem ser, por exemplo, medidas em número de anos.
[0074] Em alguns exemplos, os elementos de energização tridimensionais podem ser recarregáveis. Por exemplo, uma bobina indutiva também pode ser fabricada na superfície tridimensional. A bobina indutiva poderia, então, ser energizada com uma base de radiofre- quência ("RF"). A bobina indutiva pode ser conectada ao elemento de energização biocompatível tridimensional para recarregar o elemento de energização quando a RF é aplicada à bobina indutiva. Em um outro exemplo, os fotovoltaicos também podem ser fabricados na superfície tridimensional e conectados ao elemento de energização biocompatível tridimensional. Quando expostos à luz ou fótons, os fotovoltaicos produzirão elétrons para recarregar o elemento de energização.
[0075] Em alguns exemplos, uma bateria pode funcionar para fornecer a energia elétrica para um sistema elétrico. Nestes exemplos, a bateria pode ser conectada eletricamente ao circuito do sistema elétrico. As conexões entre um circuito e uma bateria podem ser classificadas como interconexões. Essas interconexões podem tornar-se cada vez mais desafiadoras para microbaterias biomédicas devido a vários fatores. Em alguns exemplos, dispositivos biomédicos energizados podem ser muito pequenos permitindo, então, pouca área e volume para as interconexões. As restrições de tamanho e área podem afetar a resistência elétrica e a confiabilidade das interconexões.
[0076] Em outros aspectos, a bateria pode conter um eletrólito líquido que poderia ferver a uma temperatura elevada. Essa restrição pode competir diretamente com o desejo de utilizar a interconexão, que pode, por exemplo, exigir temperaturas relativamente altas, como 250 graus Celsius para fusão. Embora em alguns exemplos a química da bateria, incluindo o eletrólito, e a fonte de calor usada para formar interconexões baseadas em solda, podem ser isoladas espacialmente entre si. Nos casos de dispositivos biomédicos emergentes, o tamanho pequeno pode excluir a separação de eletrólito e juntas de solda em distância suficiente para reduzir a condução de calor.
Interconexões [0077] As interconexões podem permitir que a corrente flua para e a partir da bateria em conexão com um circuito externo. Essas interconexões podem realizar interface com os ambientes dentro e fora da bateria, e podem cruzar o limiar ou vedação entre aqueles ambientes. Essas interconexões podem ser consideradas como trilhos, fazendo conexões a um circuito externo, passando através da vedação de bateria, e então conectando-se aos coletores de corrente dentro da bateria. Como tal, essas interconexões podem ter diversos requisitos. Fora da bateria, as interconexões podem lembrar trilhos de circuito impresso típicos. As mesmas podem ser soldadas ou, de outro modo, conectadas a outros trilhos. Em um exemplo em que a bateria é um elemento físico separado de uma placa de circuito que compreende um circuito integrado, a interconexão da bateria pode permitir a conexão ao circuito externo. Essa conexão pode ser formada com solda, fita conduti-va, tinta condutiva ou epóxi, ou outros meios. Os trilhos de interconexão podem precisar sobreviver no ambiente fora da bateria, por exemplo, sem corrosão na presença de oxigênio.
[0078] Conforme uma interconexão passa pela vedação da bateria, pode ser de crítica importância que a interconexão coexista com a vedação e permita a vedação. Pode ser necessário adesão entre a vedação e a interconexão, além da adesão que pode ser necessária entre a vedação e a embalagem da bateria. A integridade da vedação pode precisar ser mantida na presença de eletrólito e outros materiais dentro da bateria. As interconexões, que podem ser tipicamente metálicas, podem ser conhecidas como pontos de falha na embalagem de bateria. O potencial elétrico e/ou fluxo de corrente pode aumentar a tendência pa- ra o eletrólito "escoar" ao longo da interconexão. Consequentemente, uma interconexão pode precisar ser modificada para manter a integridade da vedação.
[0079] Dentro da bateria, as interconexões podem realizar interface com os coletores de corrente ou podem na verdade formar os coletores de corrente. Nesse sentido, a interconexão pode precisar satisfazer os requisitos dos coletores de corrente conforme descrito no presente documento, ou pode precisar formar uma conexão elétrica a esses coletores de corrente.
[0080] Uma classe de interconexões e coletores de corrente candidatos é folhas metálicas. Essas folhas estão disponíveis na espessura de 25 mícrons ou menos, o que as torna adequadas para baterias muito finas. Essa folha também ser originada com contaminação e aspereza de superfície baixa, dois fatores que podem ser críticos para o desempenho de bateria. As folhas podem incluir zinco, níquel, latão, cobre, titânio, outros metais, e várias ligas.
Componentes de bateria modular [0081] Em alguns exemplos, um componente de bateria modular pode ser formado de acordo com alguns aspectos e exemplos da presente invenção. Nestes exemplos, o conjunto de bateria modular pode ser um componente separado de outras partes do dispositivo biomédico. No exemplo de um dispositivo de lente de contato oftálmica, tal design pode incluir uma bateria modular que é separada do resto de uma inserção de mídia. Pode haver inúmeras vantagens em formar um componente de bateria modular. Por exemplo, no exemplo da lente de contato, um componente modular da bateria pode ser formado em um processo não integrado separado que pode aliviar a necessidade de manusear componen- tes ópticos plásticos rígidos formados tridimensionalmente. Além disso, as fontes de produção podem ser mais flexíveis e podem operar em um modo mais paralelo à fabricação de outros componentes no dispositivo biomédico. Além disso, a fabricação dos componentes de bateria modular pode ser dissociada das características dos dispositivos de forma tridimensional (3D). Por exemplo, em aplicações que requerem formas tridimensionais finais, um sistema de bateria modular pode ser fabricado em uma perspectiva plana ou aproximadamente bidimensional (2D) e então dimensionado no formato tridimensional apropriado. Um componente de bateria modular pode ser testado independentemente do resto do dispositivo biomédico, e a perda de rendimento devido aos componentes de bateria pode ser classificada antes da montagem. O componente de bateria modular resultante pode ser utilizado em vários construtos de inser-to de meio que não têm uma região rígida adequada sobre a qual os componentes de bateria podem ser formados. E, em ainda outro exemplo, o uso dos componentes de bateria modular pode facilitar o uso de opções diferentes para as tecnologias de fabricação que seriam, de outra forma, utilizadas, como uma tecnologia baseada em manta (rolo a rolo), tecnologia baseada em lâmina (lâmina a lâmina), impressão, litografia, e processamento por "rodo". Em alguns exemplos de uma bateria modular, o aspecto de contenção discreto desse dispositivo pode resultar na adição de material adicional ao construto de dispositivo biomédico geral. Esses efeitos podem definir uma restrição para o uso de soluções de bateria modular quando os parâmetros de espaço disponíveis exigem espessura minimizada ou volume de soluções.
[0082] Os requisitos de formato de bateria podem ser acionados, pelo menos em parte, pela aplicação para a qual a bateria deve ser usada.
Os fatores de forma de batería tradicional podem ser formas cilíndricas ou prismas retangulares, feitas de metal, e podem ser voltados para produtos que exigem grandes quantidades de potência por longas durações. Essas aplicações podem ser grandes suficientes para que possam compreender baterias de fator de forma grande. Em um outro exemplo, as baterias planas em estado sólido (2D) são prismas retangulares finos, tipicamente formados sob silicone ou vidro inflexível. Estas baterias no estado sólido planas podem ser formadas em alguns exemplos usando tecnologias de processamento de pastilha de silício. Em um outro tipo de fator de forma de batería, baterias de baixa potência, flexíveis podem ser formadas em uma construção de bolsa, usando finas folhas metálicas ou plástico para conter a química da bateria. Essas baterias podem ser feitas planas (2D) e podem ser projetadas para funcionar quando curvadas a uma curvatura modesta fora do plano (3D).
[0083] Em algumas das aplicações de exemplos da bateria na presente invenção, em que a bateria pode ser empregada em uma lente óptica variável, o fator de forma pode exigir uma curvatura tridimensional do componente de bateria em que um raio dessa curvatura pode estar na ordem de aproximadamente 8,4 mm. A natureza de tal curvatura pode ser considerada relativamente íngreme, e, por referência, pode se aproximar do tipo de curvatura observado em uma ponta de dedo humano. A natureza de uma curvatura relativa íngreme cria aspectos desafiantes para fabricação. Em alguns exemplos da presente invenção, um componente de bateria modular pode ser desenhado de modo que possa ser fabricado em uma forma plana bidimensional e, então, formado em uma forma tridimensional da curvatura relativa alta.
Espessura de módulo de batería [0084] Na projeção de componentes de bateria para aplicações biomédicas, os sacrifícios dentre os vários parâmetros podem ser feitos equilibrando-se requisitos funcionais, técnicos e de segurança. A espessura do componente de bateria pode ser um parâmetro limitador e importante. Por exemplo, em uma aplicação de lente óptica a capacidade de um dispositivo de ser utilizado confortavelmente por um usuário pode ter uma dependência crítica sobre a espessura através do dispositivo biomédico. Portanto, podem existir aspectos críticos ha-bilitantes na projeção da bateria para resultados mais finos. Em alguns exemplos, a espessura de bateria pode ser determinada pelas espessuras combinadas das lâminas de topo e fundo, lâminas espaçadoras, e espessuras de camada adesiva. Os aspectos de fabricação práticos podem dirigir determinados parâmetros de espessura de filme para valores padrão no estoque de lâmina disponível. Além disso, os filmes podem ter valores de espessura mínimos para os quais os mesmos podem ser especificados com base em considerações técnicas em relação à compatibilidade química, umidade / impermeabilidade a gás, acabamento de superfície, e compatibilidade com revestimentos que podem ser depositados sobre as camadas de filme.
[0085] Em alguns exemplos, uma espessura-alvo ou desejada de um componente de bateria acabado pode ser uma espessura de componente que é menor do que 220 pm. Nesses exemplos, essa espessura desejada pode ser dirigida pela geometria tridimensional de um dispositivo de lente oftálmica exemplificador em que o componente de bateria pode precisar encaixar dentro do volume disponível definido por um formato de lente de hidrogel que proporcionar ao usuário final conforto, biocompatibilidade, e restrições de aceitação. Esse volume e seu efeito sobre as necessidades de espessura de componente de bateria pode ser uma função da especificação de espessura de dispositivo total bem como a especificação de dispositivo relacionada à sua largura, ângulo cônico e diâmetro interno. Outra consideração de design importante para o design de componente de bateria resultante pode se referir ao volume disponível para produtos químicos de bateria ativos e materiais em um dado design de componente de bateria em relação à energia química resultante que pode resultar daquele design. Essa energia química resultante pode, então, ser equilibrada para os requisitos elétricos de um dispositivo biomédi-co funcional para sua vida útil almejada e condições de operação. Flexibilidade de módulo de bateria [0086] Outra dimensão de relevância para o design de bateria e para o design de dispositivos relacionados que utilizam fontes de energia à base de bateria é a flexibilidade do componente de bateria. Pode haver numerosas vantagens conferidas pelas formas de bateria flexíveis. Por exemplo, um módulo de bateria flexível pode facilitar a capacidade anteriormente mencionada de fabricar a forma de bateria em uma forma plana bidimensional (2D). A flexibilidade da forma pode permitir que a bateria bidimensional seja, então, formada em um formato 3D apropriado para encaixar no interior de um dispositivo biomé-dico como uma lente de contato.
[0087] Em outro exemplo dos benefícios que podem ser conferidos pela flexibilidade no módulo de bateria, se a bateria e o dispositivo subsequente forem flexíveis, podem existir então vantagens relacionadas ao uso do dispositivo. Em um exemplo, uma forma de lente de contato de um dispositivo biomédico pode ter vantagens para a inserção/remoção do lente de contato à base de inserto de meio que pode ser mais próxima à inserção/remoção de uma lente de contato não preenchida por hidrogel padrão.
[0088] O número de flexões pode ser importante para a modificação da batería. Por exemplo, uma bateria que somente pode flexionar uma vez a partir de uma forma plana para um formato adequado para uma lente de contato pode ter um design significativamente diferente de uma bateria que tem a capacidade de múltiplas flexões. A flexão da bateria também pode ultrapassar a capacidade de sobreviver mecanicamente ao evento de flexão. Por exemplo, um eletrodo pode ter a capacidade física de flexionar sem quebrar, mas as propriedades mecânicas e eletroquímica do eletrodo podem ser alteradas pela flexão. As alterações induzidas por flexão podem aparecer instantaneamente, por exemplo, conforme alterações à impedância, ou a flexão pode introduzir alterações que somente são aparentes em teste de vida de prateleira a longo prazo.
Largura de módulo de bateria [0089] Pode haver numerosas aplicações nas quais os elementos de energização biocompatíveis ou baterias da presente invenção podem ser utilizados. Em geral, o requisito de largura de bateria pode ser em grande parte uma função da aplicação na qual é aplicado. Em um caso exemplificador, um sistema de bateria de lente de contato pode ter necessidades restringidas para a especificação na largura de um componente de bateria modular. Em alguns exemplos de um dispositivo oftálmico em que o dispositivo tem uma função óptica variável energizada por um componente de bateria, em que a porção óptica va- riável do dispositivo pode ocupar uma região esférica central de cerca de 7,0 mm de diâmetro. Os elementos de batería exemplificadores podem ser considerados como um objeto tridimensional, que encaixa como uma saia cônica anular ao redor da óptica central e formado em um anel cônico truncado. Se o diâmetro máximo necessário do inserto rígido for um diâmetro de 8,50 mm, e a tangente até uma esfera de determinado diâmetro puder ser almejada (como por exemplo, em um diâmetro de aproximadamente 8,40 mm), então a geometria pode ditar o que a largura de bateria permissível pode ser. Pode haver modelos geométricos que podem ser úteis para calcular especificações desejáveis para a geometria resultante que em alguns exemplos pode ser chamada de frustocônica achatada em um setor de um ânulo.
[0090] A largura de bateria achatada pode ser dirigida por dois recursos do elemento de bateria, dos componentes de bateria ativos e largura de vedação. Em alguns exemplos relacionados a dispositivos oftálmicos uma espessura-alvo pode estar entre 0,100 mm e 0,500 mm por lado, e os componentes de bateria ativos podem ser almejados em aproximadamente 0,800 mm de largura. Outros dispositivos biomédicos podem ter diferentes restrições de design, mas os princípios para elementos da bateria plana flexível podem ser aplicados de maneira similar.
Cavidades como elementos de design no design de componente de bateria [0091] Em alguns exemplos, os elementos de bateria podem ser projetados em formas que segmentem as regiões de química da bateria ativa. Pode haver várias vantagens da divisão dos componentes ativos de bateria em segmentos discretos. Em um exemplo não limitador, a fa- bricação de elementos discretos e semelhantes pode facilitar a produção dos elementos. A função dos elementos de bateria, incluindo vários elementos menores, pode ser melhorada. Defeitos de vários tipos podem ser segmentados, e elementos não funcionais podem ser isolados em alguns casos para resultar na perda reduzida de função. Isso pode ser relevante nos exemplos em que a perda de eletrólito de bateria pode ocorrer. O isolamento de componentes individualizados pode permitir um defeito que resulta no vazamento de eletrólitos fora das regiões críticas da bateria para limitar a perda de função para esse pequeno segmento do elemento de bateria total, enquanto a perda de eletrólito através do defeito podería esvaziar uma região significativamente maior para baterias configuradas como uma única célula. Células menores podem resultar no volume reduzido de químicas de bateria ativas em toda uma perspectiva, mas a rede de material ao redor de cada uma das células menores pode resultar em um fortalecimento de toda a estrutura. Vedações internas de elemento de bateria [0092] Em alguns exemplos dos elementos de bateria para uso em dispositivos biomédicos, a ação química da bateria envolve química aquosa, em que água, ou umidade, é um constituinte importante para controlar. Assim, pode ser importante incorporar mecanismos de vedação que retardem ou impeçam o movimento de umidade tanto fora quanto dentro do corpo da bateria. Barreiras de umidade podem ser projetadas para manter o nível de umidade interna em um nível projetado, dentro de certa tolerância. Em alguns exemplos, uma barreira de umidade pode ser dividida em duas seções ou componentes; especificamente, a embalagem e a vedação.
[0093] A embalagem pode se referir ao material principal do envoltório. Em alguns exemplos, a embalagem pode compreender um material de batelada. A Taxa de Transmissão de Vapor d’Água (WVTR) pode ser um indicador de desempenho, com as normas ISO, ASTM controlando o procedimento de teste, incluindo as condições ambientais operacionais durante o teste. Idealmente, a WVTR para uma boa embalagem de bateria pode ser "zero". Os materiais exem-plificadores com WVTR quase zero podem ser vidro e folhas metálicas. Os plásticos, por outro lado, podem ser inerentemente porosos à umidade, e podem variar de forma significativa para os tipos diferentes de plástico. Materiais de engenharia, laminados, ou coextrusões podem ser híbridos dos materiais de embalagem comuns.
[0094] A vedação pode ser a interface entre duas das superfícies de embalagens. A conexão das superfícies de vedação encerra o invólucro junto com a embalagem. Em muitos exemplos, a natureza dos designs de vedação pode torná-los difíceis de caracterizar quanto a WVTR da vedação devido à dificuldade na realização de medições utilizando uma norma ISO ou ASTM, dado que o tamanho da amostra ou área de superfície pode não ser compatível com esses procedimentos. Em alguns exemplos, uma forma prática de testar a integridade da vedação pode ser um teste funcional do design da vedação real, para algumas condições definidas. O desempenho da vedação pode ser uma função do material de vedação, da espessura do ve-dante, do comprimento do vedante, da largura do vedante e da adesão do vedante ou da intimidade com os substratos das embalagens.
[0095] Em alguns exemplos, as vedações podem ser formadas por um processo de soldagem que pode envolver processamento por calor, a laser, solvente, atrito, ultrassônico ou de arco. Em outros exemplos, as vedações podem ser formadas através do uso de ve-dantes adesivos, como colas, epóxis, acrílicos, borracha natural e borracha sintética. Outros exemplos podem derivar da utilização do material do tipo gaxeta que pode ser formado a partir de cortiça, borracha natural e sintética, politetrafluoroetileno (PTFE), polipropileno, e silicones para citar alguns exemplos não limitadores.
[0096] Em alguns exemplos, as baterias de acordo com a presente invenção podem ser concebidas para terem uma vida útil específica. A vida útil de operação pode ser estimada através da determinação de uma quantidade prática de permeabilidade à umidade que pode ser obtida utilizando um sistema de baterias em particular e, em seguida, estimar quando esse vazamento de umidade pode resultar em uma condição de fim de vida para a bateria. Por exemplo, se a batería é armazenada num ambiente úmido, então a diferença de pressão parcial entre o interior e o exterior da bateria será mínima, o que resultará em uma taxa de perda de umidade reduzida, e, por conseguinte, a vida da bateria pode ser estendida. A mesma bateria exemplificadora armazenada em um ambiente particularmente seco e quente pode acarretar em um ciclo de vida significativamente reduzido devido à forte função de condução para a perda de umidade.
Separadores de elemento de bateria [0097] As baterias do tipo descrito na presente invenção podem utilizar um material separador que separa física e eletricamente as partes do coletor de corrente do ânodo e cátodo das partes do cátodo e do coletor de corrente do cátodo. O separador pode ser uma membrana que é permeável a água e componentes de eletrólito dissolví- dos; entretanto, pode, tipicamente, ser eletricamente não condutivo. Embora uma miríade de materiais separadores comercialmente disponíveis possa ser conhecida pelo versado na técnica, o fator de forma inovador da presente invenção pode apresentar restrições únicas sobre a tarefa de seleção, processamento e manuseio de separador.
[0098] Visto que os designs da presente invenção podem ter perfis ultrafinos, a escolha pode ser limitada aos materiais separadores mais finos tipicamente disponíveis. Por exemplo, os separadores de cerca de 25 mícrons de espessura podem ser desejáveis. Alguns exemplos que podem ser vantajosos podem ter cerca de 12 mícrons de espessura. Pode haver vários separadores comerciais aceitáveis que incluem membranas separadoras de monocamada de polietileno microporoso microfibrilado e/ou tricamada de polipropileno-polietileno-polipropileno (PP/PE/PP), como as produzidas pela Celgard (Charlotte, NC). Um exemplo desejável de material separador pode ser a membrana tricamada da Celgard M824 PP/PE/PP, que tem uma espessura de 12 mícrons. Os exemplos alternativos de materiais separadores úteis para exemplos da presente invenção podem incluir membranas separadoras que incluam celulose regenerada (por exemplo, celofane).
[0099] Embora as membranas separadoras de tricamada de PP/PE/PP possam ter espessura e propriedades mecânicas vantajosas, devido ao seu caráter poliolefínico, as mesmas podem também apresentar várias desvantagens que podem precisar ser superadas para tornar as mesmas úteis nos exemplos da presente invenção. O rolo ou o estoque de folhas de materiais separadores de camada tripla de PP/PE/PP podem ter numerosas rugas ou outros erros de forma que podem ser prejudiciais para as tolerâncias em nível de mícron aplicáveis às baterias descritas na presente invenção. Além disso, os separadores de poliolefina podem precisar ser cortados para tolerâncias ultraprecisas de inclusão nos presentes designs, que podem, portanto, implicar no corte a laser como um método exemplificador de formar coletores de corrente discretos em formas desejáveis com tolerâncias extremamente rigorosas. Devido ao caráter poliolefínico destes separadores, certos lasers de corte úteis para microfabricação podem empregar comprimentos de onda a laser, por exemplo, 355 nm, que não cortarão as poliolefinas. As poliolefinas não absorvem consideravelmente a energia a laser, e são, assim, não ablactáveis. Finalmente, os separadores de poliolefina podem não ser inerentemente molháveis por eletrólitos aquosos usados nas baterias aqui descritas.
[0100] No entanto, pode haver métodos para superar estas limitações inerentes de membranas do tipo poliolefínico. A fim de apresentar uma membrana separadora microporosa em um laser de corte de alta precisão para cortar as peças em segmentos de arco ou outros designs vantajosos do separador, a membrana pode precisar ser plana e sem rugas. Se essas duas condições não forem atendidas, a membrana separadora não pode ser completamente cortada, pois o feixe de corte pode ser inibido, como resultado da desfocagem ou, de outro modo, dispersão da energia a laser incidente. Adicionalmente, se a membrana separadora não for plana e livre de rugas, a precisão da forma e as tolerâncias geométricas da membrana separadora podem não ser suficientemente obtidas. As tolerâncias permissíveis para os separadores dos exemplos atuais podem ser, por exemplo, +0 mícrons e -20 mícrons com relação aos comprimentos característicos e/ou raios. Pode haver vantagens para tolerâncias mais limitadas de +0 mícrons e -10 mícrons, e ainda para tolerâncias de +0 mícrons e -5 mícrons. O material de estoque separador pode ser feito plano e sem rugas laminando-se temporariamente o material em um veículo de vidro flotado com um líquido de baixa volatilidade apropriado. Os líquidos de baixa volatilidade podem ter vantagens sobre os adesivos temporários devido à fragilidade da membrana separadora e devido à quantidade de tempo de processamento que pode ser necessária para liberar a membrana separadora de uma camada adesiva. Além disso, em alguns exemplos, foi observado que a obtenção de uma membrana separadora plana e isenta de rugas sobre vidro flotado usando um líquido é muito mais fácil do que usando um adesivo. Antes da laminação, a membrana separadora pode ser feita sem particulados. Isso pode ser obtido pela limpeza ultrassônica da membrana separadora para desalojar quaisquer particulados aderentes à superfície. Em alguns exemplos, o manuseio de uma membrana separadora pode ser feito em um ambiente com baixo teor de partículas adequado, como câmara de fluxo laminar ou uma sala limpa de, pelo menos, classe 10.000. Além disso, o substrato de vidro flotado pode ser feito para que seja livre de particulados lavando-se com um solvente apropriado, limpeza ultrassônica e/ou limpeza com panos de limpeza limpos.
[0101] Embora uma ampla variedade de líquidos de baixa volatilidade possa ser usada para a finalidade mecânica de laminar membranas separadoras de poliolefina microporosa em um veículo de vidro flotado, exigências específicas podem ser impostas ao líquido para facilitar o corte a laser subsequente das formas do separador discreto. Uma exigência pode ser que o líquido tenha uma tensão superficial baixa o suficiente para embeber os poros do material separador, o que pode facilmente ser verificado pela inspeção visual. Em alguns exemplos, o material separador se passa de uma cor branca para uma aparência transparente quando o líquido preenche os microporos do material. Pode ser desejável escolher um líquido que possa ser benigno e "seguro" para trabalhadores que forem expostos à preparação e às operações de corte do separador. Pode ser desejável escolher um líquido cuja pressão de vapor possa ser baixa o suficiente, de modo que a evaporação agradável não ocorra durante a escala de tempo de processamento (na ordem de 1 dia). Finalmente, em alguns exemplos, o líquido pode ter potência de solvência suficiente para dissolver os absorvedores de UV vantajosos que podem facilitar a operação de corte a laser. Em um exemplo, foi observado que uma solução de 12 por cento (p/p) de absorvedor de UV de avobenzona em solvente de benzoato de benzila pode atender às exigências previamente mencionadas e pode estar suscetível a facilitar o corte a laser de separadores de poliolefma com alta precisão e tolerância em curta ordem sem um número excessivo de passos do feixe de laser de corte. Em alguns exemplos, os separadores podem ser cortados com um laser no estado sólido bombeado por diodo de 8 W 355 nm nanossegundos usando esta abordagem em que o laser pode ter configurações para atenuação de baixa potência (por exemplo, 3 por cento de potência), uma velocidade moderada de 1 a 10 mm/s e apenas 1 a 3 passos do feixe de laser. Embora essa composição oleosa que absorve UV tenha se provado ser um auxílio no processo de laminação e corte efetivo, outras formulações oleosas podem ser previstas pelos versados na técnica e usadas sem limitação.
[0102] Em alguns exemplos, um separador pode ser cortado enquanto fixado em um vidro flotado. Uma vantagem dos separadores por corte a laser, enquanto fixados a um transportador de vidro flotado, pode ser que uma densidade numérica de separadores muito alta pode ser cortada a partir de uma folha de estoque de separador, bem como semicondutores matriz podem ser densamente dispostos sobre uma pastilha de silicone. Tal abordagem pode fornecer economia de escala e vantagens de processamento paralelas inerentes nos processos do semicondutor. Além disso, a geração de membrana separadora não aproveitável pode ser minimizada. Uma vez que os separadores tenham sido cortados, o fluido de auxílio do processo oleoso pode ser removido por uma série de etapas de extração com solventes miscíveis, sendo que a última extração pode ser realizada com um solvente de alta volatilidade, como álcool isopropílico, em alguns exemplos. Os separadores discretos, uma vez extraídos, podem ser indefinidamente armazenados em qualquer ambiente adequado de baixo teor de partículas.
[0103] Conforme previamente mencionado, as membranas separa-doras de poliolefma podem ser inerentemente hidrofóbicas e podem precisar ser feitas molháveis por tensoativos aquosos usados nas baterias da presente invenção. Uma abordagem para produzir as membranas separadoras úmidas pode ser tratamento por plasma de oxigênio. Por exemplo, os separadores podem ser tratados por 1 a 5 minutos em 100 por cento de plasma de oxigênio em uma ampla variedade de configurações de potência e taxas de fluxo de oxigênio. Embora essa abordagem possa melhorar a capacidade de umidificação por um tempo, pode ser bem conhecido que as modificações da superfície de plasma fornecem um efeito transiente que pode não durar tempo o suficiente para a umidificação robusta de soluções eletrolíticas. Uma outra abordagem para melhorar a capacidade de umidificação das membranas separadoras pode ser tratar a superfície incorporando-se um tensoativo adequado na membrana. Em alguns casos, o tensoativo pode ser usado em conjunto com um revestimento polimérico hidrofílico que permanece dentro dos poros da membrana separadora.
[0104] Outra abordagem para fornecer mais permanência à hidrofili-cidade conferida por um tratamento por plasma oxidante pode ser pelo tratamento subsequente com um organossilano hidrofílico. Desta forma, o plasma de oxigênio pode ser usado para ativar e conferir grupos funcionais através da área de superfície inteira do separador microporoso. O organossilano pode, então, ser ligado covalentemente e/ou não aderir covalentemente à superfície tratada com plasma. Em exemplos que usam um organossilano, a porosidade inerente do separador microporoso pode não ser alterada de modo apreciativo; a cobertura de superfície de camada única pode também ser possível e desejada. Os métodos da técnica anterior que incorporam tensoativos em conjunto com revestimentos poliméricos podem exigir controles restritos sobre a quantidade real de revestimento aplicado à membrana, e podem, então, ser submetidos à variabilidade do processo. Em casos extremos, os poros do separador podem ser tornar bloqueados, assim, afetando adversamente a utilidade do separador durante a operação da célula eletroquímica. Um organossilano exemplificador útil na presente invenção pode ser (3-aminopropil) trietóxi silano. Outros organossilanos hidrofílicos podem ser conhecidos ao versado na técnica e podem ser usados sem limitação.
[0105] Ainda outro método para produzir membranas separadoras umedecíveis por eletrólito aquoso pode ser a incorporação de um tensoativo adequado na formulação de eletrólito. Uma consideração na escolha de tensoativo para produzir membranas separadoras umedecíveis pode ser o efeito que o tensoativo pode ter sobre a atividade de um ou mais eletrodos dentro da célula eletroquímica, por exemplo, aumentando-se a impedância elétrica da célula. Em alguns casos, os tensoativos podem ter propriedades anticorrosão vantajosas, especificamente no caso de ânodos de zinco em eletrólitos aquosos. O zinco pode ser um exemplo conhecido para passar por uma reação lenta com água para liberar gás hidrogênio, o que pode ser indesejável. Inúmeros tensoativos podem ser conhecidos pelos versados na técnica para limitar as taxas da referida reação a níveis vantajosos. Em outros casos, o tensoativo pode interagir tão fortemente com a superfície do eletrodo de zinco que o desempenho da bateria pode ficar impedido. Consequentemente, pode ser necessário tomar muito cuidado ao se fazer a seleção dos tipos de tensoativos adequados e dos níveis de carga para garantir que a capacidade de umedecimento do separador possa ser obtida sem afetar prejudicialmente o desempenho da célula eletroquímica. Em alguns casos, uma pluralidade de agentes tensoativos pode ser utilizada, sendo um deles presente para conferir capacidade de umedecimento para a membrana separadora e o outro presente para facilitar as propriedades anticorrosão do ânodo de zinco. Em um exemplo, nenhum tratamento hidrofílico é feito para a membrana separadora e um tensoativo ou uma pluralidade de tensoativos é adicionada à formulação de eletrólito numa quantidade suficiente para afetar a capacidade de umedecimento da membrana separadora.
[0106] Separadores discretos podem ser integrados na microbateria laminar pela colocação direta em um meio para armazenamento que inclui uma cavidade, bolsa ou estrutura desenhada dentro da montagem. Desejável mente, esse meio de armazenamento pode ser formado por uma estrutura que tem um corte, que pode ser uma compensação geométrica da forma do separador, resultando em uma cavidade, bolsa ou estrutura dentro da montagem. Além disso, o meio de armazenamento pode ter uma borda ou degrau no qual o separador fica durante a montagem. A borda, ou degrau, pode opcionalmente incluir um adesivo sensível à pressão que retém o separador discreto. Vantajosamente, o adesivo sensível à pressão pode ser o mesmo usado na construção e empi-Ihamento de outros elementos de uma microbateria laminar exemplifica-dora.
Adesivo sensível à pressão [0107] Em alguns exemplos, a pluralidade de componentes compreendendo as microbaterias laminares da presente invenção pode ser mantida em conjunto com um adesivo sensível à pressão (PSA) que também serve como um vedante. Embora uma miríade de formulações de adesivo sensível à pressão comercialmente disponíveis possam existir, essas formulações quase sempre incluem componentes que podem torná-las inadequadas para uso dentro de uma microbateria laminar biocompatível. Os exemplos de componentes indesejados nos adesivos sensíveis à pressão podem incluir componentes de formação de depósitos de baixa massa molecular, antioxidantes, por exemplo, BHT e/ou MEHQ, óleos plastificantes, impurezas, porções oxidativa-mente instáveis que contenham, por exemplo, ligações químicas insa-turadas, solventes residuais e/ou monômeros, fragmentos de iniciador de polimerização, acentuadores de pegajosidade polares e similares.
[0108] Os PSAs adequados podem, por outro lado, exibir as seguintes propriedades. Os mesmos podem ser capazes de ser aplicados para laminar os componentes para atingir finas camadas na ordem de 2 a 20 mícrons. Além disso, os mesmos podem compreender um mínimo de, por exemplo, zero componentes indesejáveis e não bio-compatíveis. Adicionalmente, os mesmos podem ter propriedades adesivas e coesivas suficientes, de modo a ligar os componentes da batería laminar juntos. E, eles podem ser capazes de fluir para as características inerentes à escala mícron em dispositivos da presente construção, proporcionando simultaneamente uma vedação robusta de eletrólito no interior da bateria. Em alguns exemplos de PSAs adequados, os PSAs podem ter uma baixa permeabilidade a vapor de água a fim de manter uma composição desejável de eletrólito aquoso dentro da bateria mesmo quando a bateria puder ser submetida a extremos de umidade por períodos de tempo prolongados. Os PSAs podem ter boa resistência química a componentes de eletrólitos, como ácidos, tensoativos e sais. Os mesmos podem ser inertes aos efeitos de imersão de água. Os PSAs adequados podem ter uma baixa permeabilidade a oxigênio para reduzir a taxa de oxidação direta, que pode ser uma forma de autodescarga, de ânodos de zinco. E, os mesmos podem facilitar uma finita permeabilidade a gás hidrogênio, que pode ser lentamente evoluída a partir dos ânodos de zinco em eletrólitos aquo-sos. Essa propriedade de finita permeabilidade a gás hidrogênio pode evitar um acúmulo de pressão interna.
[0109] Em consideração a essas exigências, poli-isobutileno (PIB) pode ser um material comercialmente disponível que pode ser formulado em composições de PSA atendendo a muitas, se não todas, exigências desejáveis. Ademais, o PIB pode ser uma excelente barreira vedante com absorbância de água muito baixa e permeabilidade de oxigênio baixa. Um exemplo de PIB útil nos exemplos da presente invenção pode ser Oppanol® B15 pela BASF Corporation. Oppanol® B15 pode ser dissolvido em solventes de hidrocarboneto, como tolueno, heptano, dodecano, essências minerais e similares. Uma composição de PSA exemplificado-ra pode incluir 30 por cento de Oppanol® B15 (p/p) em uma mistura de solvente que inclui 70 por cento (p/p) de tolueno e 30 por cento de dodecano. As propriedades adesivas e reológicas do PSA à base de PIB podem ser determinadas em alguns exemplos através da mesclagem de graus de massa molecular diferentes de PIB. Uma abordagem comum pode ser usar uma grande parte do PIB de massa molar baixa, por exemplo, Oppanol® B10 para afetar o umedecimento, a pegajosidade, e a adesão, e para usar uma pequena parte de PIB de massa molar alta para afetar a dureza e resistência ao fluxo. Consequentemente, as mesclas de inúmeros graus de massa molar de PIB podem ser previstas e podem ser praticas dentro do escopo da presente invenção. Ademais, os agentes de pegajosidade podem ser adicionados à formulação de PSA desde que os requisitos supracitados possam ser satisfeitos. Pela sua própria natureza, os agentes de pegajosidade conferem propriedades polares às formulações de PSA, então as mesmas precisão ser usadas com cuidado para não afetar de forma adversa as propriedades de barreira do PSA. Ademais, os agentes de pegajosidade podem, em alguns casos, ser oxidativamente instáveis e podem incluir um antioxidante, que podería extrair do PSA. Por essas razões, os agentes de pegajosidade exemplificadores para uso em PSAs para microbaterias laminares bio-compatíveis podem incluir completamente ou em sua maior parte agentes de pegajosidade de resina de hidrocarboneto hidrogenados como a série Regalrez dos agentes de pegajosidade da Eastman Chemical Corporation.
Considerações adicionais sobre o substrato e a embalagem em módulos de batería biocompatíveis [0110] Pode haver numerosas considerações de embalagem e substrato que podem ditar características desejáveis para designs de embalagem usados em microbaterias laminares biocompatíveis. Por exemplo, a embalagem pode ser, desejavelmente, predominantemente à base de folha e/ou filme em que essas camadas de embalagem podem ser tão finas quanto possível, por exemplo, 10 a 50 mícrons. Adicionalmente, a embalagem pode fornecer uma barreira de difusão suficiente para o ganho ou perda de umidade durante a vida de prateleira. Em muitos exemplos desejáveis, a embalagem pode fornecer uma barreira de difusão suficiente para o ingresso de oxigênio para limitar a degradação de ânodos de zinco por oxidação direta.
[0111] Em alguns exemplos, a embalagem pode fornecer uma trajetória de permeação finita a gás hidrogênio que pode evoluir devido à redução direta de água por zinco. E, a embalagem pode, desejavelmente, conter de modo suficiente e pode isolar o conteúdo da batería de modo que exposição potencial a um usuário possa ser minimizada.
[0112] Na presente invenção, as construções de embalagem podem incluir os seguintes tipos de componentes funcionais: camadas de embalagem superior e inferior, camadas de PSA, camadas espa-çadoras, zonas de interconexão, portas de enchimento e embalagem secundária.
[0113] Em alguns exemplos, as camadas superior e inferior da embalagem podem compreender folhas metálicas ou películas polimé-ricas. As camadas de embalagem de topo e de fundo podem compreender construções de filme multicamada contendo uma pluralidade de camadas poliméricas e/ou de barreira. Tais construções de película podem ser referidas como películas laminadas de barreira coextruda-das. Um exemplo de uma película laminada de barreira coextrudada comercial de particular utilidade na presente invenção pode ser a camada de suporte Scotchpak 1109 da 3M® 1109 de suporte que consiste em uma manta de suporte tereftalato de polietileno (PET), uma camada de barreira de alumínio depositada a vapor e uma camada de polietileno, incluindo uma espessura total de película média de 33 mí-crons. Numerosas outras películas de barreira multicamada similares podem estar disponíveis e podem ser usadas nos exemplos alternativos da presente invenção.
[0114] Em construções de design, incluindo um PSA, a rugosidade da superfície da camada de embalagem pode ser de particular importância porque o PSA também pode precisar vedar faces opostas da camada de embalagem. A rugosidade superficial pode resultar de processos de fabricação usados na produção de folha e película, por exemplo, os processos empregando rolamento, extrusão, gofragem e/ou calandragem, entre outros. Se a superfície é áspera demais, pode ser que o PSA não possa ser aplicado em uma espessura uniforme quando a espessura desejada do PSA pode estar na ordem do Ra de aspereza de superfície (a média aritmética do perfil de aspereza). Além disso, o PSA pode não vedar adequadamente contra uma face oposta se a face oposta possuir rugosidade que possa ser da ordem da espessura da camada do PSA. Na presente invenção, os materiais de embalagem tendo uma rugosidade superficial, Ra, inferior a 10 mí-crons podem ser exemplos aceitáveis. Em alguns exemplos, os valores de rugosidade superficial pode ser de 5 mícrons ou menos. E, ain- da em outros exemplos, a rugosidade superficial pode ser de 1 mícron ou menos. Os valores de rugosidade superficial podem ser medidos por uma variedade de métodos, incluindo, mas não se limitando a técnicas de medição, como interferometria de luz branca, perfilometria mecânica e semelhantes. Pode haver muitos exemplos na técnica da metrologia de superfície em que a rugosidade da superfície pode ser descrita por uma série de parâmetros alternativos e em que os valores de rugosidade superficial média, Ra, aqui discutidos podem ser destinados a serem representativos dos tipos de características inerentes nos processos de fabricação acima mencionados.
Processamento ilustrado exemplificador da enerqizacão biocompatí-vel -separador colocado [0115] Um exemplo das etapas que podem estar envolvidas no processamento de elementos de energização biocompatíveis pode ser observado com referência às Figuras 4A a 4N. O processamento em algumas das etapas exemplificadoras pode ser encontrado nas figuras individuais. Na Figura 4A, uma combinação de um Espaçador de cáto-do de PET 401 e um Espaçador de Lacuna de PET 404 pode ser ilustrada. O Espaçador de cátodo de PET 401 pode ser formado através da aplicação de filmes de PET 403 que, por exemplo, pode ser aproximadamente de 76 mícrons (3 mil) de espessura. Em ambos os lados da camada de PET podem ser encontradas camadas de PSA ou estas podem ser cobertas com uma camada de liberação de PVDF 402 que pode ser aproximadamente de 25 mícrons (1 mil). O Espaçador de Lacuna de PET 404 pode ser formado de uma camada de PVDF 409 que pode ser aproximadamente de 76 mícrons (3 mil) de espessura. Pode haver uma camada de PET de nivelamento 405 que pode ser de apro- ximadamente 13 mícrons (0,5 mil) em espessura. Entre a camada de PVDF 409 e a camada de PET de capeamento 405, em alguns exemplos, pode estar uma camada de PSA.
[0116] Prosseguindo para a Figura 4B, um orifício 406 na camada do Espaçador de Lacuna de PET 404 pode ser cortado por tratamento de corte a laser. A seguir, na Figura 4C, a camada cortada do Espaçador de Lacuna de PET 404 pode ser laminada 408 no Espaçador de cátodo à camada de PET 401. Prosseguindo para a Figura 4D, um orifício do espaçador de cátodo 410 pode ser cortado por tratamento de corte a laser. O alinhamento desta etapa de corte pode ser registrado com as características de corte anteriores na camada de espaçador de Lacuna de PET 404. Na Figura 4E, uma camada de Celgard 412, para uma última camada separadora, pode ser ligada a um veículo 411. Prosseguindo para a Figura 4F, o material de Celgard pode ser cortado para figuras que estão entre o tamanho dos dois orifícios de corte a laser prévios e, aproximadamente, o tamanho do orifício 406 no espaçador de lacuna de PET, formando um separador pré-cortado 420. Prosseguindo para a Figura 4G, uma ferramenta de braços manipuladores do tipo "pick-and-place" 421 pode ser usada para pegar e colocar as peças discretas de Celgard em suas localizações desejadas nos dispositivos de produção. Na Figura 4H, as peças de Celgard colocadas 422 são presas em um local e, então, a camada de liberação de PVDF 423 pode ser removida. Prosseguindo para a Figura 4I, a estrutura dos dispositivos de produção pode ser ligada a um filme do ânodo 425. O ânodo 425 pode compreender um filme coletor de ânodo no qual um filme de ânodo de zinco foi eletrode-positado.
[0117] Prosseguindo para a Figura 4J, a pasta fluida para cátodo 430 pode ser colocada em uma lacuna formada. Uma espátula 431 pode ser usada em alguns exemplos para espalhar a mistura de cátodo por uma peça de trabalho e, no processo, encher as lacunas dos dispositivos de bateria a serem formadas. Após encher, a camada de liberação de PVDF 432 remanescente pode ser removida, o que pode resultar na estrutura ilustrada na Figura 4K. Na Figura 4L, toda a estrutura pode ser submetida a um processo de secagem que pode encolher a pasta fluida para cátodo 440 para também estar na altura do topo da camada de PET. Prosseguindo para a Figura 4M, uma camada de filme de cátodo 450, que já pode ter o filme coletor de cátodo sob a mesma, pode ser ligada à estrutura de crescimento. Em uma ilustração final na Figura 4N, um processo de corte a laser pode ser realizado para remover as regiões laterais 460 e produzir um elemento de bateria 470. Pode haver várias alterações, de-leções, mudanças de materiais e espessuras-alvo que podem ser úteis dentro da intenção da presente invenção.
[0118] O resultado do processamento exemplificador pode ser representado com algum detalhe na Figura 5. Em um exemplo, podem ser definidas as seguintes características de referência. A química do cátodo 510 pode ser localizada no contato com o cátodo e o coletor do cátodo 520. Uma camada de adesivo sensível à pressão 530 pode conter e vedar o coletor de cátodo 520 para uma camada espaçadora de PET 540. No outro lado da camada espaçadora de PET 540, pode ter outra camada de PSA 550, que veda e adere a camada espaçadora de PET 540 à camada de vão de PET 560. Outra camada de PSA 565 pode vedar e aderir a camada de vão de PET 560 Às camadas de coletor de corrente do ânodo e ânodo. A camada folheada de zinco 570 pode ser folheada sobre o Coletor de Corrente de Ânodo 580. A camada separadora 590 pode ser localizada no interior da estrutura para executar as funções associadas como foram definidos na presente invenção. Em alguns exemplos, um eletrólito pode ser adicionado durante o processamento do dispositivo, em outros exemplos, o separador pode já incluir o eletrólito.
Ilustração de processamento exemplificador de enerqizacão biocompatí-vel -separador depositado [0119] Um exemplo das etapas que podem estar envolvidas no processamento de elementos de energização biocompatíveis pode ser observado nas Figuras 6A a 6F. O processamento em algumas das etapas exemplificadoras pode ser encontrado nas figuras individuais. Pode haver várias alterações, deleções, mudanças de materiais e es-pessuras-alvo que podem ser úteis dentro da intenção da presente invenção.
[0120] Na Figura 6A, uma construção laminar 600 pode ser ilustrada. A estrutura laminar pode compreender duas camadas de liberação de construção laminar, 602 e 602a; duas camadas adesivas de construção laminar 604 e 604 a, localizadas entre as camadas de liberação de construção laminar 602 e 602a; e um núcleo de construção laminar 606, localizado entre as duas camadas adesivas de construção laminar 604 e 604a. As camadas removíveis de construto laminar, 602 e 602a, e camadas adesivas, 604 e 604a, podem ser produzidas ou adquiridas, como uma fita de transferência de adesivo sensível à pressão comercialmente disponível com camada de tira primária. As camadas adesivas de construção laminar podem ser uma camada de PVDF que pode ter cerca de, 1 a 3 milímetros de espessura e recobrir o núcleo de construção de lami- nar 606. O núcleo de construção laminar 606 pode compreender uma resina polimérica termoplástica, como polietileno tereftalato, que, por exemplo, pode ter aproximadamente 3 milímetros de espessura. Prosseguindo para a Figura 6B, um meio para armazenar a mistura de cátodo, como uma cavidade para a bolsa de cátodo 608, pode ser cortado na construção laminar por tratamento de corte a laser.
[0121] A seguir, na Figura 6C, a camada de liberação inferior da construção laminar 602a pode ser removida da construção laminar, expondo a camada adesiva de construção laminar 604a. A camada adesiva de construção laminar 604a pode, então, ser usada para aderir uma folha metálica de conexão anódica 610 para tampar a abertura inferior da bolsa de cátodo 608. Prosseguindo para a Figura 6D, a folha metálica de conexão anódica 610 pode ser protegida na camada inferior exposta aderindo-se uma camada de mascaramento 612. A camada de mascaramento 612 pode ser uma fita de transferência de PSA comercialmente disponível com um revestimento primário. A seguir, na Figura 6E, a folha metálica de conexão anódica 610 pode ser galvanizada com um metal coerente 614, o zinco, por exemplo, que reveste a seção exposta da folha metálica de conexão anódica 610 dentro da bolsa de cátodo. Prosseguindo para 6F, a camada de mascaramento de coleta elétrica do ânodo 612 é removida do fundo da folha metálica de conexão anódica 610 após a galvanoplastia.
[0122] As Figuras 7A a 7F ilustram um modo alternativo de processar as etapas ilustradas nas Figuras 6A a 6F. As Figuras 7A a 7B ilustram processos semelhantes, como representado nas Figuras 6A a 6B. A estrutura laminar pode compreender duas camadas de liberação de construção laminar, 702 e 702a, uma camada em cada extremidade; du- as camadas adesivas de construção laminar, 704 e 704a, localizadas entre as camadas de liberação de construção laminar 702 e 702a; e um núcleo de construção laminar 706, localizado entre as duas camadas adesivas de construção laminar 704 e 704a. As camadas removíveis de construto laminar e camadas adesivas podem ser produzidas ou adquiridas, como uma fita de transferência de adesivo sensível à pressão comercialmente disponível com camada de tira primária. As camadas adesivas de construto laminar podem ser uma camada de fluoreto de polivi-nilideno (PVDF) que pode ter aproximadamente 1 a 3 milímetros de espessura e capear o núcleo de construto laminar 706. O núcleo de construção laminar 706 pode compreender uma resina polimérica termoplásti-ca, como polietileno tereftalato, que, por exemplo, pode ter aproximadamente 3 milímetros de espessura. Prosseguindo para a Figura 7B, um meio para armazenar, como uma cavidade para a bolsa de cátodo 708, pode ser cortado na construção laminar por tratamento de corte a laser. Na Figura 7C, uma folha metálica de conexão anódica 710 pode ser obtida e uma camada de mascaramento protetora 712 aplicada em um lado. A seguir, na Figura 7D, a folha metálica de conexão anódica 710 pode ser galvanizada com uma camada 714 de um metal coerente, por exemplo, zinco. Prosseguindo para a Figura 7E, as construções laminares das Figuras 7B e 7D podem ser combinadas para formar uma nova construção laminar, conforme descrito na Figura 7E, pela adesão da construção da Figura 7B na camada galvanizada 714 da Figura 7D. A camada de liberação 702a da Figura 7B pode ser removida a fim de expor a camada adesiva 704a da Figura 7B para aderência sobre camada galvanizada 714 da Figura 7D. Prosseguindo para a Figura 7F, a camada de masca- ramento protetora de ânodo 712 pode ser removida do fundo da folha metálica de conexão anódica 710.
[0123] A Figura 8A ilustra a implementação de elementos de energização para uma estrutura laminar biocompatível, que por vezes é chamada de um conjunto laminar ou um conjunto de laminado aqui, semelhante a, por exemplo, aos ilustrados nas Figuras 6A a 6F e 7A a 7F. Procedendo à Figura 8A, uma mistura precursora separadora de hidrogel 820 pode ser depositada sobre a superfície do conjunto laminado. Em alguns exemplos, tal como ilustrado, a mistura precursora de hidrogel 820 pode ser aplicada sobre uma camada de liberação 802. A seguir, na Figura 8B, a mistura precursora separadora de hidrogel 820 pode ser espalhada 850 na bolsa de cátodo enquanto é retirada da camada de liberação 802. O termo "espalhada" pode, em geral, se referir ao uso da ferramenta de planarização ou raspagem para esfregar em toda a superfície e mover o material fluido sobre a superfície e para cavidades, conforme existam. O processo de espa-Ihamento pode ser realizado por equipamento similar ao dispositivo tipo "rodo" ou, alternativamente, dispositivo de planarização, como bordas de facas, bordas de aparelho de barbear ou depilar e similares, que podem ser feitos de vários materiais, conforme possa ser quimicamente consistente com o material a ser removido.
[0124] O processamento descrito na Figura 8B pode ser realizado várias vezes para garantir o revestimento da bolsa de cátodo e aumentar a espessura dos recursos resultantes. A seguir, na Figura 8C, po-de-se permitir que a mistura precursora separadora de hidrogel seque a fim de evaporar materiais, que podem tipicamente ser solventes ou diluentes de vários tipos, da mistura precursora separadora de hidrogel e, então, os materiais aplicados e dispensados podem ser curados. Pode ser possível repetir ambos os processos descritos na Figura 8B e na Figura 8C em combinação em alguns exemplos. Em alguns exemplos, a mistura precursora separadora de hidrogel pode ser curada pela exposição ao calor, enquanto que, em outros exemplos, a cura pode ser realizada pela exposição à energia de fóton. Ainda em outros exemplos, a cura pode envolver tanto a exposição à energia de fóton quanto ao calor. Pode haver várias formas de curar a mistura precursora separadora de hidrogel.
[0125] O resultado da cura pode ser a formação do material precursor separador de hidrogel na parede da cavidade, bem como na região de superfície nas proximidades de um recurso de ânodo ou cáto-do que, no presente exemplo, pode ser um recurso de ânodo. A aderência do material às paredes laterais da cavidade pode ser útil na função de separação de um separador. O resultado da cura pode ser a formação de um concentrado de mistura precursora polimerizada de anidro 822 que pode ser simplesmente considerado o separador da célula. Prosseguindo para a Figura 8D, a pasta fluida para cátodo 830 pode ser depositada na superfície da camada de liberação de construção laminar 802. A seguir, na Figura 8E a pasta fluida para cátodo 830 pode ser espalhada na bolsa de cátodo e sobre concentrado de mistura precursora polimerizada de anidro 822. A pasta fluida para cátodo pode ser movida para sua localização desejada na cavidade enquanto é limpa simultaneamente até um grau alto a partir da camada removível de construto laminar 802. O processo da Figura 8E pode ser realizado várias vezes para assegurar o revestimento da pasta fluida do cátodo 830 na parte superior da mistura precursora polimerizada ani- dra concentrada 822. A seguir, na Figura 8F, pode-se permitir que a pasta fluida para cátodo seque para formar um preenchimento de cá-todo isolado 832 no topo do concentrado de mistura precursora poli-merizada de anidro 822, preenchendo o restante da bolsa de cátodo.
[0126] Prosseguindo para a Figura 8G, uma formulação de eletrólito 840 pode ser adicionada ao preenchimento de cátodo isolado 832 e possibilitada de hidratar o preenchimento de cátodo isolado 832 e o concentrado de mistura precursora polimerizada de anidro 822. A seguir, na Figura 8H, uma folha metálica de conexão de cátodo 816 pode ser aderida à camada adesiva de construção laminar 804 restante pela remoção da camada de liberação de construção laminar 802 restante e pressionando-se a folha metálica de conexão 816 no lugar. A colocação resultante pode resultar na cobertura de preenchimento de cátodo hidratado 842, bem como no estabelecimento de contato elétrico com o preenchimento de cátodo 842, como um coletor de corrente catódica e meios de conexão.
[0127] As Figuras 9A a 9C podem ilustrar um exemplo alternativo do conjunto laminar resultante ilustrado na Figura 7D. Na Figura 9A, a folha de conexão anódica 710 pode ser obtida e uma camada de mas-caramento de proteção 712 aplicada a um lado. A folha de conexão catódica 710 pode ser depositada com uma camada 714 de um metal coerente com, por exemplo, zinco. De forma similar, conforme descrito nas Figuras anteriores. Prosseguindo para a Figura 9B, um separador de hidrogel 910 pode ser aplicado sem limitação ao uso do método de rodo ilustrado na Figura 8E. A mistura de precursor de separador de hidrogel pode ser aplicada de diversas maneiras, por exemplo, um filme pré-formado da mistura pode ser preso por aderência física; alternativamente, uma mistura diluída da mistura de precursor de separador de hidrogel pode ser dispensada e, em seguida, ajustada para uma espessura desejada pelo processamento de revestimento por rotação. Alternativamente, o material pode ser aplicado por revestimento por pulverização, ou qualquer outro processamento equivalente. Em seguida, na Figura 9C, é descrito o processamento para criar um segmento do separador de hidrogel que pode funcionar como um sistema de confina-mento em torno de uma região separadora. O processamento pode criar uma região que limita o fluxo, ou difusão, de materiais como eletrólito fora da estrutura interna dos elementos de bateria formados. Esse recurso de bloqueio 920 de vários tipos pode, portanto, ser formado. O recurso de bloqueio, em alguns exemplos, pode corresponder a uma região altamente reticulada da camada separadora que pode ser formada em alguns exemplos pela maior exposição a energia de fóton na região desejada do recurso de bloqueio 920. Em outros exemplos, os materiais podem ser adicionados ao material de separador de hidrogel antes de ser curado para criar porções regionalmente diferenciadas que mediante a cura se tornam o recurso de bloqueio 920. Ainda em outros exemplos, as regiões do material separador de hidrogel podem ser removidas tanto antes quanto depois da cura por várias técnicas, incluindo, por exemplo, ataque químico da camada com mascaramento para definir a extensão regional. A região do material removido pode criar um recurso de bloqueio de direito próprio ou, alternativamente, materialmente pode ser adicionado novamente ao espaço vazio para criar um recurso de bloqueio. O processamento do segmento impermeável pode ocorrer através de vários métodos, incluindo o processamento de imagem, o aumento da reticulação, fotodosagem (photodosing) pesada, re-troenchimento, ou omissão de aderência por hidrogel para criar um va- zio. Em alguns exemplos, uma construção de laminado ou conjunto do tipo descrito como o resultado do processamento na Figura 9C pode ser formado sem limitação ao recurso de bloqueio 920.
Separadores de elemento de batería polimerizados [0128] Em alguns designs de batería, o uso de um separador discreto (conforme descrito em uma seção anterior) pode ser excluído devido a uma variedade de razões como o custo, a disponibilidade dos materiais, a qualidade dos materiais, ou a complexidade de processamento para algumas opções de material como os exemplos não limitadores. Nesses casos, um separador fundido ou em fundição que é ilustrado nos processos das Figuras 8A a 8H, por exemplo, pode fornecer benefícios desejáveis. Embora os separadores de amido ou em pasta tenham sido usados comercialmente com sucesso em AA e outras baterias no formato Leclanché ou zinco-carbono, esses separadores podem ser inadequados de algumas maneiras para o uso em certos exemplos de microbaterias laminares. Atenção particular pode precisar ser dada para a uniformidade e consistência da geometria de qualquer separador utilizado nas baterias da presente invenção. O controle preciso sobre o volume de separador pode ser necessário para facilitar a incorporação subsequente precisa dos volumes de cátodo conhecidos e concretização subsequente das capacidades de descarga consistentes e desempenho da célula.
[0129] Um método para alcançar um separador de forma no lugar mecanicamente robusto uniforme pode ser para usar formulações de hidrogel curável por UV. Numerosas formulações de hidrogel permeável a água podem ser conhecidas em várias indústrias, por exemplo, a indústria de lente de contato. Um exemplo de um hidrogel comum na industria de lente de contato pode ser gel reticulado de po-li(hidroxietilmetacrilato), ou simplesmente pHEMA. Para várias aplicações da presente invenção, o pHEMA pode ter muitas propriedades atraentes para uso em baterias Leclanché e de zinco-carbono. O pHEMA, tipicamente, pode manter um teor de água de aproximadamente 30 a 40 por cento no estado hidratado, enquanto mantém um módulo elástico de cerca de 0,7 MPa (100 psi) ou maior. Além disso, as propriedades de módulo e o teor de água dos hidrogéis reticulados podem ser ajustados por um versado na técnica, incorporando-se componentes monoméricos hidrofílicos adicionais (por exemplo, ácido metacrílico) ou componentes poliméricos (por exemplo, poliviniipirroli-dona). Desta forma, o teor de água, ou mais especificamente, a permeabilidade iônica do hidrogel pode ser ajustada por formulação.
[0130] De particular vantagem, em alguns exemplos, uma formulação de hidrogel polimerizável e fundível pode conter um ou mais diluen-tes para facilitar o processamento. O diluente pode ser escolhido para ser volátil de modo que a mistura moldável possa ser raspada com rodo para o interior de uma cavidade, e então permitida um tempo de secagem suficiente para remover o componente de solvente volátil. Após a secagem, uma fotopolimerização em batelada pode ser iniciada mediante a exposição à radiação actínica com comprimento de onda adequado, como luz UV azul a 420 nm, para o fotoiniciador escolhido, como CGI 819. O diluente volátil pode ajudar a proporcionar uma viscosidade de aplicação desejável de modo a facilitar a moldagem de uma camada uniforme de material polimerizável na cavidade. O diluente volátil também pode fornecer efeitos redutores de tensão de superfície benéficos, particularmente no caso em que monômeros fortemente polares são incorporados na formu- lação. Outro aspecto que pode ser importante para alcançar a moldagem de uma camada uniforme de material polimerizável na cavidade pode ser a viscosidade de aplicação. Os monômeros reativos comuns de massa molar pequena tipicamente não têm viscosidades muito altas, que podem ser tipicamente alguns centipoise. Em um esforço para fornecer controle da viscosidade benéfico dos material separador moldável e polimerizável, um componente polimérico de massa molar alta conhecido como compatível ao material polimerizável pode ser selecionado para a incorporação no interior da formulação. Os exemplos de polímero de massa molar alta que podem ser adequado à incorporação no interior de formulações exemplificadoras podem incluir polivinilpirrolidona e poii(óxido de etileno).
[0131] Em alguns exemplos o separador moldável e polimerizável pode ser vantajosamente aplicado no interior de uma cavidade projetada, conforme descrito anteriormente. Em exemplos alternativos, pode não haver cavidade no momento da polimerização. Em vez disso, a formulação separadora moldável, polimerizável pode ser recoberta sobre um substrato contendo elétrodo, por exemplo, latão depositado com zinco moldado, e, em seguida, exposto à radiação actínica com o uso de uma fotomáscara para polimerizar seletivamente o material separador em áreas específicas. O material separador pode, então, ser removido pela exposição a solventes de enxágue apropriados. Nesses exemplos, o material separador pode ser designado como um separador fotomoldável.
Formulações de separador de múltiplos componentes [0132] O separador útil, de acordo com os exemplos da presente invenção, podem ter inúmeras propriedades que podem ser importantes para sua função. Em alguns exemplos, o separador pode ser de- sejavelmente formado de tal maneira que crie uma barreira física, de modo que as camadas em qualquer lado do separador não entrem em contato fisicamente. Acamada pode, assim, ter uma característica importante de espessura uniforme, pois, enquanto uma fina camada pode ser desejável por várias razões, um espaço vazio ou lacuna pode ser essencial. Adicionalmente, a fina camada pode ter desejavel-mente uma alta permeabilidade para permitir o fluxo livre de íons. Ainda, o separador exige entrada de água ideal para otimizar as propriedades mecânicas do separador. Assim, a formulação pode conter um componente de reticulação, um componente de polímero hidrofí-lico e um componente de solvente.
[0133] Um reticulador pode ser um monômero com duas ou mais ligações duplas polimerizáveis. Reticuladores adequados podem ser compostos com dois ou mais grupos polimerizáveis funcionais. Os exemplos de reticuladores hidrofílicos adequados incluem compostos tendo dois ou mais grupos funcionais polimerizáveis, bem como grupos funcionais hidrofílicos como grupos poliéter, amida ou hidroxila. Exemplos específicos podem incluir TEGDMA (dimetacrilato de tetra-etilenoglicol), TrEGDMA (dimetacrilato de trietilenoglicol), dimetacilato de etilenoglicol (EGDMA), dimetiacrilamidaetilenodiamina, dimetacrilato de glicerol e suas combinações.
[0134] As quantidades de reticulador que podem ser usadas em alguns exemplos podem variar de, por exemplo, cerca de 0,000415 até cerca de 0,0156 mol por 100 gramas de componentes reativos na mistura de reação. A quantidade de agente de reticulação hidrofílico usada pode ser, de modo geral, de cerca de 0 a cerca de 2 por cento em peso e, por exemplo, de cerca de 0,5 a cerca de 2 por cento em peso. Componentes poliméricos hidrofílicos capazes de aumentar a viscosidade da mistura reativa e/ou aumentar o grau de ligação de hidrogênio com o monômero hidrofílico de reação lenta, como polímeros de alta massa molar, podem ser desejáveis.
[0135] Os polímeros hidrofílicos de alta massa molar proporcionam molhabilidade otimizada e, em alguns exemplos pode melhorar a mo-Ihabilidade do separador da presente invenção. Em alguns exemplos não limitadores, acredita-se que os polímeros hidrofílicos de alta massa molar possam ser receptores de ligação por hidrogênio que, em ambientes aquosos, se ligam pelo hidrogênio à água, tornando-se assim efetivamente mais hidrofílicos. A ausência de água pode facilitar a incorporação do polímero hidrofílico na mistura de reação. Além dos polímeros hidrofílicos de alto peso molecular especificamente mencionados, pode-se esperar que qualquer polímero de alto peso molecular seja útil à presente invenção, desde que, quando o dito polímero for adicionado a uma formulação de hidrogel de silicone exemplificadora, o polímero hidrofílico (a) não sofra uma substancial separação de fase da mistura de reação, e (b) confira molhabilidade ao polímero curado resultante.
[0136] Em alguns exemplos, o polímero hidrofílico de alta massa molar pode ser solúvel no diluente sob temperaturas de processamento. Os processos de fabricação que usam água ou diluentes solúveis em água, como álcool isopropílico (IPA), podem ser exemplos desejáveis devido a sua simplicidade e seu custo reduzido. Nesses exemplos, os polímeros hidrofílicos de alto peso molecular que são solúveis em água sob temperaturas de processamento podem também ser desejáveis.
[0137] Os exemplos de polímeros hidrofílicos de alto peso molecular podem incluir, mas não se limitam a poliamidas, polilactonas, poli-imidas, polilactamas e poliamidas funcionalizadas, polilactonas, poli-imidas, poli-lactamas, como PVP e copolímeros dos mesmos, ou, alternativamente, DMA funcionalizado por copolimerização com uma quantidade molar menor de um monômero hidroxila-funcional, como HEMA, seguida de reação dos grupos hidroxila do copolímero resultante com materiais contendo grupos polimerizáveis radicais, como isocianato etil metacrilato ou cloreto de metacriloíla. Polímeros hidrofílicos de alto peso molecular podem incluir, mas não se limitam a poli-N-vinil pirrolidona, poli-N-vinil-2-piperidona, poli-N-vinil-2-caprolactama, poli-N-vinil-3-metil-2- caprolactama, poli-N-vinil-3-metil-2-piperidona, poli-N-vinil-4-metil-2-piperidona, poli-N-vinil-4-metil-2-caprolactama, pol i-N-vi ni l-3-eti I-2- pirrolidona e poli-N-vinil-4,5-dimetil-2-pirrolidona, polivinilimidazol, poli-N— N-dimetilacrilamida, álcool polivinílico, ácido poliacrílico, óxido de polieti-leno, poli 2 etil oxazolina, polissacarídeos de heparina, polissacarídeos, misturas e copolímeros (incluindo bloco ou aleatório, ramificado, multica-deias, em forma de pente ou em forma de estrela) dos mesmos em que poli-N-vinilpirrolidona (PVP) pode ser um exemplo desejável em que PVP foi adicionado a uma composição de hidrogel para formar uma rede de interpenetração que mostra um baixo grau de atrito de superfície e uma baixa taxa de desidratação.
[0138] Componentes ou aditivos adicionais, que podem ser geralmente conhecidos na técnica, podem também ser incluídos. Os aditivos podem incluir, mas não se limitam a, compostos absorventes de ultravioleta, fotoiniciadores, como CGI 819, tonalizantes reativos, compostos microbicidas, pigmentos, fotocrômicos, agentes de liberação, combinações dos mesmos e similares.
[0139] O método associado com estes tipos de separadores pode também incluir receber CGI 819; e então misturar com PVP, HEMA, EGDMAe IPA; e, em seguida, curar a mistura resultante com uma fonte de calor ou exposição a fótons. Em alguns exemplos, a exposição a fótons pode ocorrer quando a energia dos fótons for consistente com um comprimento de onda, que ocorre na porção ultravioleta do espectro eletromagnético. Outros métodos de iniciar a polimerização geralmente realizada em reações de polimerização estão dentro do escopo da presente invenção.
Coletores de corrente e eletrodos [0140] Em alguns exemplos de células zinco-carbono e Leclanche, o coletor de corrente catódica pode ser uma haste de carbono sinteri-zada. Esse tipo de material pode enfrentar obstáculos técnicos para células eletroquímicas finas da presente invenção. Em alguns exemplos, as tintas de carbono impressas podem ser usadas em células eletroquímicas finas para substituir uma haste de carbono sinterizado pelo coletor de corrente catódica e, nesses exemplos, o dispositivo resultante pode ser formado sem prejudicar de modo significante a célula eletroquímica resultante. Tipicamente, as ditas tintas de carbono podem ser aplicadas diretamente nos materiais de embalagem, que podem compreender filmes poliméricos ou, em alguns casos, folhas de metal. Nos exemplos em que o filme de embalagem pode ser uma folha metálica, a tinta de carbono pode precisar proteger a folha metálica subjacente de degradação química e/ou corrosão pelo eletrólito. Ademais, nesses exemplos, o coletor de corrente de tinta de carbono pode precisar fornecer condutividade elétrica a partir do interior da célula eletroquímica para o exterior da célula eletroquímica, implicando em vedação ao redor ou através da tinta de carbono. Devido à natureza porosa das tintas de carbono, isso pode não ser realizado com facilidade sem desafios significativos. As tintas de carbono também podem ser aplicadas em camadas que têm espessura relativamente pequena e finita, por exemplo, 10 a 20 mícrons. Em um design de célula eletroquímica fina em que a espessura de embalagem interna total somente pode ser cerca de 100 a 150 mícrons, a espessura de uma camada de tinta de carbono pode consumir uma fração significativa do volume interno total da célula eletroquímica, impactando negativamente assim o desempenho elétrico da célula. Adicionalmente, a natureza fina da batería geral e o coletor de corrente em particular pode implicar uma área em corte transversal pequena para o coletor de corrente. À medida que a resistência de um trilho aumenta o comprimento do trilho e reduz a área em seção transversal, pode haver uma compensação direta entre a espessura e a resistência do coletor de corrente. A resistividade de batelada da tinta de carbono pode ser insuficiente para satisfazer o requisito de resistência das baterias finas. As tintas preenchidas com prata ou outros metais condutores também podem ser consideradas para reduzir a resistência e/ou espessura, mas as mesmas podem introduzir novos desafios como a incompatibilidade com eletrólitos inovadores. Em consideração desses fatores, em alguns exemplos pode ser desejável concretizar células eletroquímicas finas de alto desempenho e eficazes da presente invenção utilizando-se uma folha metálica fina como o coletor de corrente, ou aplicar um filme de metal fino a uma camada de embalagem de polímero subjacente par agir como o coletor de corrente. Essas folhas metálicas podem ter resistividade significativamente inferior, permitindo assim que as mesmas satisfaçam os requisitos de resistência elétrica com muito menos espessura do que as tintas de carbono impressas.
[0141] Em alguns exemplos, uma ou mais dentre as camadas de embalagem de topo e/ou fundo podem servir como um substrato para um metal de coletor de corrente pulverizado ou pilha de metal. Por exemplo, o reforço Scotchpak 1109 da 3M® pode ser metalizado com o uso de deposição física de vapor (PVD) de uma ou mais camadas metálicas úteis como um coletor de corrente para um cátodo. As pilhas metálicas exemplificadoras úteis como coletores de corrente de cátodo podem ser camadas de adesão de Ti-W (titânio-tungstênio) e camadas condutoras de Ti (titânio). As pilhas metálicas exemplificadoras úteis como coletores de corrente de ânodo podem ser camadas de adesão de Ti-W, camadas condutoras de Au (ouro) e camadas de deposição de In (índio). A espessura das camadas de PVD pode ser menor que 500 nm no total. Se múltiplas camadas de metais forem usadas, as propriedades eletroquímicas e de barreira podem precisar ser compatíveis com a batería. Por exemplo, o cobre pode ser eletro-depositado no topo de uma camada de partículas iniciais para cultivar uma camada condutora espessa. Camadas adicionais podem ser depositadas sobre o cobre. No entanto, o cobre pode ser eletroquimi-camente incompatível com certos eletrólitos especialmente na presença de zinco. Consequentemente, se o cobre for utilizado como uma camada na bateria, pode precisar ser suficientemente isolado do eletrólito de bateria. Alternativamente, o cobre pode ser excluído ou por outro metal, substituído.
[0142] Em outros exemplos, as folhas de embalagem de superiores e/ou inferiores podem também funcionar como coletores de corrente. Por exemplo, uma folha de latão de 25 mícrons pode ser útil como um coletor de corrente anódica para um ânodo de zinco. A folha de latão pode ser opcionalmente eletrodepositada com índio antes de eletrodepositada com zinco. Em um exemplo, as folhas metálicas de embalagem do coletor de corrente catódica podem compreender folha metálica de titânio, folha metálica Hastelloy C-276, folha metálica de cromo e/ou folha metálica de tântalo. Em certos designs, uma ou mais folhas metálicas de embalagem podem ser em branco finas, gravada, gofrada, texturizada, fabricada a laser, ou processada de outra forma para fornecer a forma desejável, rugosidade de superfície e/ou geometria do encapsulamento da célula. Ânodo e inibidores de corrosão de ânodo [0143] O ânodo para a batería laminar da presente invenção pode, por exemplo, compreender zinco. Em baterias de zinco-carbono tradicionais, um ânodo de zinco pode tomar a forma física de uma lata em que os conteúdos da célula eletroquímica podem estar contidos. Para a batería da presente invenção, uma lata de zinco pode ser um exemplo, mas pode haver outras formas físicas de zinco que podem fornecer características desejáveis para o desenvolvimento de modelos de batería ultrapequenos.
[0144] O zinco eletrogalvanizado pode ter exemplos de uso em diversas indústrias, por exemplo, para o revestimento de proteção ou estético de partes de metal. Em alguns exemplos, o zinco eletrodepositado pode ser usado para formar ânodos finos e moldáveis úteis para baterias da presente invenção. Além disso, o zinco eletrogalvanizado pode ser padronizado em configurações aparentemente contínuas, dependendo da intenção do design. Um meio fácil para padronizar zinco ele-trogalvanizado pode ser o processamento com o uso de uma fotomás-cara ou uma máscara física. Uma máscara de galvanização pode ser fabricada por uma variedade de abordagens. Uma abordagem pode ser o uso de uma fotomáscara. Nesses exemplos, uma fotorresistência pode ser aplicada a um substrato condutivo, o substrato sobre o qual o zinco pode subsequentemente ser galvanizado. O padrão de galvanização desejado pode ser então projetado para a fotorresistência por meio de uma fotomáscara, causando assim a cura de áreas selecionadas de fotorresistência. A fotorresistência não curada pode então ser removida com solvente adequado e técnicas de limpeza. O resultado pode ser uma área padronizada de material condutivo que pode receber um tratamento de zinco eletrogalvanizado. Embora esse método possa fornecer benefício ao formato ou design do zinco a ser galvanizado, a abordagem pode exigir o uso de materiais fotopadronizáveis disponíveis, que podem ter propriedades restringidas à construção de embalagem de célula geral. Consequentemente, os métodos novos e inovadores para padronizar zinco podem ser necessários para concretizar alguns designs de microbaterias finas da presente invenção.
[0145] Um meio alternativo de padronização de ânodos de zinco pode ser por meio de uma aplicação de máscara física. Uma máscara física pode ser feita cortando-se passagens desejáveis em um filme que tem propriedades de barreira e/ou embalagem desejáveis. Adicionalmente, o filme pode ter adesivo sensível à pressão aplicado a um ou a ambos os lados. Finalmente, o filme pode ter tiras removíveis de proteção aplicadas a um ou ambos os adesivos. A tira removível pode servir para o propósito duplo de proteger o adesivo durante o corte de passagem e proteção do adesivo durante as etapas de processamento específicas de montagem da célula eletroquímica, especificamente a etapa de preenchimento de cátodo, descrita na descrição a seguir. Em alguns exemplos, uma máscara de zinco pode compreender um filme de PET de cerca de 100 mícrons de espessura para que um adesivo sensível à pressão possa ser aplicado a ambos os lados em uma espessura de camada de aproximadamente 10-20 mícrons. Ambas as camadas de PSA podem ser cobertas por um filme removível de PET que pode ter um tratamento de superfície de energia de superfície baixa, e pode ter uma espessura aproximada de 50 mícrons. Nesses exemplos, a máscara de zinco de multicamada pode compreender PSA e filme de PET. As construções do filme de PET e da máscara de zinco de PET/PSA, conforme aqui descrito, podem ser processadas de maneira desejável com equipamento de micromaquinação a laser de nanossegundos de precisão, como a estação de trabalho de micromaquinação a laser Oxford Lasers E-Series, para criar aberturas precisas na máscara para facilitar a galvanização posterior. Em essência, uma vez que a máscara de zinco foi fabricada, um lado da tira removível pode ser removido, e a máscara com passagens pode ser laminada ao coletor de corrente do âno-do e/ou folha/filme de embalagem de lado de ânodo. Desta forma, o PSA cria uma vedação nas bordas internas das passagens, facilitando o mascaramento limpo e preciso do zinco durante a galvanoplastia.
[0146] A máscara de zinco pode ser colocada e então a galvanoplastia de um ou mais materiais metálicos pode ser realizada. Em alguns exemplos, o zinco pode ser eletrogalvanizado diretamente sobre uma folha de coletor de corrente do ânodo eletroquimicamente compa- tível como latão. Em exemplos de design alternativos, em que a embalagem do ânodo lateral compreende uma folha metálica de polímero ou folha metálica de polímero de camadas múltiplas sobre a qual a metali-zação de inicial foi aplicada, o zinco e/ou as soluções de folheamento usadas para depositar zinco podem não ser quimicamente compatíveis com a metalização inicial subjacente. As manifestações de falta de compatibilidade podem incluir rachaduras, corrosão e/ou evolução exacerbada de H2 no filme mediante contato com o eletrólito da célula. Nesse caso, metais adicionais podem ser aplicados ao metal inicial para afetar melhor a compatibilidade química geral no sistema. Um metal que pode encontrar utilidade específica nas construções de células eietro-químicas pode ser o índio. O índio pode ser amplamente usado como um componente de liga no grau de zinco da batería com sua função primária sendo para fornecer uma propriedade anticorrosiva ao zinco na presença do eletrólito. Em alguns exemplos, o índio pode ser depositado de maneira bem-sucedida em várias metalizações iniciais, como Ti-W e Au. Os filmes resultantes de 1 a 3 mícrons de índio nas ditas camadas de metalização inicial podem ser de baixa tensão e aderentes. Desta forma, o filme de embalagem de lado ânodo e coletor de corrente fixado que tem uma camada de topo de índio pode ser conformável e durável. Em alguns exemplos, pode ser possível depositar zinco em uma superfície tratada com índio, o depósito resultante pode ser muito nodular e não uniforme. Este efeito pode ocorrer em configurações de densidade de corrente baixas, por exemplo, 20 ASF. Conforme visualizado sob um microscópio, os nódulos de zinco podem ser observados se formarem sobre o depósito de índio liso subjacente. Em determinados designs de célula eletroquímica, a folga de espaço vertical para a camada de ânodo de zinco pode ser até cerca de 5 a 10 mícrons no máximo, mas em alguns exemplos, densidades de corrente inferiores podem ser usadas para a galvanização de zinco, e os crescimentos no-dulares resultantes podem ser maiores do que a folga de ânodo máxima. Pode ser que o crescimento do zinco nodular derive de uma combinação do alto sobrepotencial de índio e da presença de uma camada de óxido de índio.
[0147] Em alguns exemplos, a galvanização de CC de densidade de corrente superior pode superar os padrões de desenvolvimento nodular relativamente grande de zinco em superfícies de índio. Por exemplo, condições de galvanização de 1.076,39 A/m2 (100 ASF) podem resultar em zinco nodular, mas o tamanho dos nódulos de zinco pode ser drasticamente reduzido em comparação a condições de galvanização de 215,27 A/m2 (20 ASF). Ademais, o número de nódulos pode ser bem maior em condições de galvanização de 1.076,39 A/m2 (100 ASF). O filme de zinco resultante pode, finalmente, coalescer para uma camada mais ou menor uniforme com somente alguns recursos residuais de desenvolvimento nodular enquanto satisfaz a folga de espaço vertical de cerca de 5 a 10 mícrons.
[0148] Um benefício adicionado do índio na célula eletroquímica pode ser a redução da formação de H2, que pode ser um processo lento que ocorre em células eletroquímicas aquosas que contêm zinco. O índio pode ser beneficamente aplicado a um ou mais dos coletores de corrente de ânodo, o ânodo em si, como um componente de liga cofo-Iheado, ou como um revestimento de superfície sobre o zinco galvanizado. Para o último caso, os revestimentos de superfície de índio podem ser desejável mente aplicados in-situ por meio de um aditivo eletro- lítico como tricloreto de índio, sulfato de índio ou acetato de índio. Quando tais aditivos podem ser adicionados ao eletrólito em pequenas concentrações, o índio pode espontaneamente folhear sobre superfícies expostas ao zinco, bem como porções de coletores de corrente expostas ao ânodo.
[0149] O zinco e ânodos similares comumente usados em baterias primárias comerciais são normalmente observados em formas de chapa, haste e pasta. O ânodo de uma miniatura, batería biocompatível pode ser de forma semelhante, por exemplo, folha fina, ou pode ser galvanizada conforme mencionado anteriormente. As propriedades desse ânodo podem ser significativamente diferentes daquelas em baterias existentes, por exemplo, por conta das diferenças em contaminantes ou acabamento de superfície atribuído aos processos de usinagem e galvanização. Consequentemente, os eletrodos e eletrólito podem exigir modificação especial para satisfazer os requisitos de capacidade, impedância, e vida de prateleira. Por exemplo, parâmetros de processo de plaqueamento especiais, composição de banho de plaqueamento, tratamento de superfície, e composição eletrolítica podem ser necessários para otimizar o desempenho do eletrodo.
Mistura de cátodo [0150] Pode haver várias misturas químicas de cátodo que podem ser consistentes com os conceitos da presente invenção. Em alguns exemplos, uma mistura de cátodo, que pode ser um termo para uma fórmula química usada para formar um cátodo da batería, pode ser aplicada como uma pasta, gel, suspensão ou pasta aquosa, e pode compreender um óxido metálico de transição, como dióxido de manganês, alguns na forma de aditivo condutor, que, por exemplo, podem ser uma forma de pó condutor, como negro de fumo ou grafite, e polímero solúvel em água, como polivinilpirrolidona (PVP) ou alguns outros aditivos aglutinantes. Em alguns exemplos, outros componentes podem ser incluídos, como um ou mais dentre aglutinantes, sais eletrólitos, inibidores de corrosão, água ou outros solventes, tensoativos, modificadores de reologia e outros aditivos condutores, como, polímeros condutores. Uma vez formuladas e apropriadamente misturada, a mistura de cáto-dos pode ter uma reologia desejável que permita que a mesma ou seja dispensada sobre porções desejadas do separador e/ou coletor de corrente catódica, ou espalhada através de uma tela ou estêncil de uma maneira similar. Em alguns exemplos, a mistura de cátodos pode ser seca antes de ser usada em futuras etapas de montagem da célula, enquanto que, em outros exemplos, o cátodo pode conter alguns ou todos os componentes de eletrólitos, e pode ser somente parcialmente seco a um teor de umidade selecionado.
[0151] O óxido metálico de transição pode, por exemplo, ser dióxido de manganês. O dióxido de manganês, que pode ser usado na mistura de cátodo, pode ser, por exemplo, dióxido de manganês eletrolíti-co (DME), devido à energia específica adicional benéfica que esse tipo de dióxido de manganês fornece em relação a outras formas, como dióxido de manganês natural (NMD) ou dióxido de manganês químico (CMD). Além disso, o DME útil em baterias da presente invenção pode precisar ter um tamanho de partícula e uma distribuição de tamanho de partícula que possam ser condutores para a formação de pas-tas/pastas aquosas de mistura de cátodos imprimíveis ou depositáveis. Especificamente, o DME pode ser processado para remover componentes de partículas significativamente grandes, que podem ser consi- derados grandes em relação aos outros recursos, como dimensões internas da batería, espessura do separador, diâmetros de ponta de distribuição, tamanhos de abertura de estêncil, ou tamanhos de malha da tela. A otimização do tamanho da partícula pode também ser usada para melhorar o desempenho da bateria, por exemplo, a impedância interna e a capacidade de descarga.
[0152] A moagem é a redução de materiais sólidos de um tamanho médio de partícula para um tamanho médio menor de partícula, triturando, moendo, cortando, vibrando ou outros processos. A moagem pode também ser usada para liberar materiais úteis dos materiais da matriz na qual eles podem estar anexos e para concentrar minerais. Um moinho é um dispositivo que quebra materiais sólidos em pedaços menores moendo, triturando, ou cortando. Pode haver vários meios para moer e muitos tipos de materiais processados nos mesmos. Tais meios de moagem podem incluir: moinho de esferas, moinho de engenho, morteiro e pilão, prensa de rolos e moinho de jato, entre outras alternativas de moagem. Um exemplo de moagem pode ser a moagem por jato. Após a moagem, o estado do sólido é alterado, por exemplo, o tamanho de partícula, a disposição do tamanho da partícula e o formato da partícula. Processos de moagem de agregado podem também ser usados para remover ou separar contaminação ou umidade do agregado para produzir "preenchimentos a seco" antes do transporte ou do preenchimento estrutural. Alguns equipamentos podem combinar várias técnicas para classificar um material sólido em uma mistura de partículas cujo tamanho é limitado tanto por um tamanho de partícula mínimo quanto máximo. Tal processamento pode ser referido como "classifica-dores" ou "classificação".
[0153] A moagem pode ser um aspecto de produção de mistura de cátodos para a distribuição uniforme do tamanho da partícula dos ingredientes da mistura de cátodos. O tamanho de partícula uniforme em uma mistura de cátodo pode auxiliar em viscosidade, reologia, ele-trocondutividade e outras propriedades de um cátodo. A moagem pode auxiliar essas propriedades através do controle da aglomeração, ou uma coleta de massa, dos ingredientes de mistura de cátodo. Aglomeração - o agrupamento de elementos dispersos que, no caso da mistura de cátodo, podem ser alótropos de carbono e óxidos metálicos de transição - pode afetar negativamente o processo de preenchimento, deixando espaços vazios na cavidade desejada do cátodo, conforme ilustrado na Figura 11.
[0154] Ainda, a filtração pode ser outra etapa importante para a remoção de partículas aglomeradas ou indesejáveis. As partículas indesejáveis podem incluir partículas enormes, contaminantes, ou outras partículas não explicitamente levadas em consideração no processo de preparação. A filtração pode ser alcançada por meios, como filtração por filtro de papel, filtração a vácuo, cromatografia, microfil-tração e outros meios de filtração.
[0155] Em alguns exemplos, o DME pode ter um tamanho médio de partícula de 7 mícrons com um conteúdo de partícula grande que pode conter partículas de até cerca de 70 mícrons. Em exemplos alternativos, o DME pode ser peneirado, moído adicionalmente, ou, de outro modo, separado ou processado para limitar o teor de partículas grandes abaixo de certo limiar de, por exemplo, 25 mícrons ou menor.
[0156] O cátodo pode também compreender dióxido de prata ou oxi-hidróxido de níquel. Tais materiais podem oferecer elevada capa- cidade e menor diminuição em tensão carregada durante a descarga em relação ao dióxido de manganês, ambas propriedades desejáveis em uma batería. As baterias com base nesses cátodos podem ter exemplos atuais presentes na indústria e na literatura. Uma microbate-ria inovadora que utiliza um cátodo de dióxido de prata pode incluir um eletrólito biocompatível, por exemplo, um que compreenda cloreto de zinco e/ou cloreto de amônio ao invés de hidróxido de potássio.
[0157] Alguns exemplos da mistura de cátodos podem incluir um aglutinante polimérico. O aglutinante pode servir a inúmeras de funções na mistura de cátodos. A função primária do aglutinante pode ser criar uma rede elétrica interpartículas suficiente entre partículas de DME e partículas de carbono. Uma função secundária do aglutinante pode ser facilitar a adesão mecânica e o contato elétrico com o coletor de corrente ca-tódica. Uma terceira função do aglutinante pode ser influenciar as propriedades reológicas da mistura de cátodos para distribuição e/ou impressão com estêncil/tela vantajosa. Ainda, uma quarta função do aglutinante pode ser aumentar a absorção e distribuição do eletrólito dentro do cátodo.
[0158] A escolha do polímero aglutinante, bem como da quantidade a ser usada, pode ser benéfica para a função do cátodo na célula eletroquímica da presente invenção. Se o polímero aglutinante for solúvel demais no eletrólito a ser usado, então, a função primária do aglutinante - continuidade elétrica - pode ser drasticamente impacta-da ao ponto da não funcionalidade da célula. Inversamente, se o polímero aglutinante for insolúvel no eletrólito para ser usado, porções de DME podem ser ionicamente isoladas do eletrólito, resultando no de- sempenho de célula reduzido, como capacidade reduzida, tensão de circuito aberto inferior e/ou resistência interna elevada.
[0159] O aglutinante pode ser hidrofóbico; ele também pode ser hidrofílico. Os exemplos de polímeros aglutinantes úteis para a presente invenção compreendem PVP, poli-isobutileno (PIB), copolímeros de tribloco emborrachados que compreendam blocos de extremidade de estireno, como aqueles fabricados pela Kraton Polymers, copolímeros de bloco de borracha de butadieno estireno, ácido poliacrílico, hidro-xietilcelulose, carboximetilcelulose, sólidos de fluorocarboneto, como poli(tetrafluoroetileno), entre outros.
[0160] Um solvente pode ser um componente da mistura de cáto-dos. Um solvente pode ser útil para umedecer a mistura de cátodos, o que pode auxiliar na distribuição de partículas da mistura. Um exemplo de um solvente pode ser tolueno. Também, um tensoativo pode ser útil para umedecer e, assim, distribuir a mistura de cátodos. Um exemplo de um tensoativo pode ser um detergente, como Tri-ton™ QS-44. O Triton™ QS-44 pode auxiliar na dissociação de ingredientes agregados na mistura de cátodos, permitindo uma distribuição mais uniforme dos ingredientes da mistura de cátodos.
[0161] Um carbono condutor pode normalmente ser usado na produção de um cátodo. O carbono é capaz de formar muitos alotró-picos ou modificações estruturais diferentes. Os alótropos de carbono diferentes têm propriedades físicas diferentes, permitindo a variação na eletrocondutividade. Por exemplo, a "viscosidade" do negro de fumo pode ajudar na aderência de uma mistura de cátodos a um coletor de corrente. Entretanto, em elementos de energização que exige quantidades relativamente baixas de energia, essas variações na ele- trocondutividade podem ser menos importantes que outras propriedades favoráveis, como densidade, tamanho de partícula, condutivi-dade de calor e uniformidade relativa, entre outras propriedades. Os exemplos de alótropos de carbono incluem: diamante, grafite, grafe-no, carbono amorfo (informalmente chamado de negro de fumo), bu-ckminsterfulerano, carbono vítreo, aerogéis de carbono e outras possíveis formas de carbono capazes de conduzir eletricidade. Um exemplo de um alótropo de carbono pode ser grafite.
[0162] Um exemplo de uma formulação completa de mistura de cátodos pode ser dado na tabela abaixo: em que PIB é poli-isobutileno, JMEMD é dióxido de manganês moído a jato, KS6 é um grafite produzido por Timcal e PIB B10 é poli-isobutileno com um grau de peso molecular de B10.
[0163] Uma vez formulada e processada a mistura de cátodos, a mistura pode ser dispensada, aplicada e/ou armazenada em uma superfície, como o separador de hidrogel, ou o coletor de corrente cató-dica, ou em um volume, como a cavidade na estrutura laminar. Preencher uma superfície pode resultar em um volume sendo preenchido ao longo do tempo. Para aplicar, dispensar e/ou armazenar a mistura, certa reologia pode ser desejada para otimizar o processo de distribuição, aplicação e/ou armazenamento. Por exemplo, uma reologia menos viscosa pode permitir um preenchimento melhor da cavidade enquanto, ao mesmo tempo, possivelmente sacrifica a distribuição de partículas. Uma reologia mais viscosa pode permitir uma distribuição de partícula mais otimizada, enquanto possivelmente diminuir a capacidade de preencher a cavidade e possivelmente perder eletrocon-dutividade.
[0164] Por exemplo, as Figuras 10A a 10F ilustram exemplos de distribuições e aplicações otimizadas e não otimizadas em uma cavidade. A Figura 10A pode mostrar uma cavidade preenchida de forma ideal com a mistura de cátodos após a aplicação, distribuição e/ou armazenamento. A Figura 10B pode mostrar uma cavidade com preenchimento insuficiente no quadrante inferior esquerdo 1002, que pode ser resultado direto da reologia indesejável da mistura de cátodos. A Figura 10C mostra uma cavidade com carga insuficiente no quadrante superior direito 1004, que pode ser um resultado direto da reologia de mistura de cátodo indesejável. As Figuras 10D e 10E mostram uma cavidade com carga insuficiente no meio 1006 ou no fundo 1008 da cavidade, que pode ser uma bolha causada por um resultado direto da reologia de mistura indesejável do cátodo. A Figura 10F mostra uma cavidade com carga insuficiente em direção ao topo 1010 da cavidade, que pode ser um resultado direto da reologia de mistura indesejável do cátodo. Os defeitos ilustrados nas Figuras 10B-10F podem resultar em vários problemas da bateria, por exemplo, a redução da capacidade, o aumento da resistência interna, e confiabilidade degradada.
[0165] Ainda, na Figura 11, a aglomeração 1102 pode ocorrer como resultado da reologia indesejável da mistura de cátodos. A aglomeração pode resultar em diminuição do desempenho da mistura de cá- todo, por exemplo, capacidade de descarga diminuída e resistência interna elevada.
[0166] Em um exemplo, a mistura de cátodo pode parecer com uma consistência de pasta de amendoim otimizada para preencher por espátula a cavidade de construção laminar enquanto mantém a eletro-condutividade. Em outro exemplo, a mistura pode ser viscosa o suficiente para ser impressa na cavidade. Enquanto que, em outro exemplo, a mistura de cátodos pode ser seca, colocada e armazenada na cavidade.
Eletrólito [0167] Um eletrólito é um componente de uma bateria que facilita que uma reação química ocorra entre os materiais químicos dos eletrodos. Eletrólitos típicos podem ser eletroquimicamente ativos para os eletrodos, por exemplo, permitindo que as reações de oxidação e de redução ocorram. Como usado aqui, um eletrólito pode ser uma solução que compreende um solvente adequado e espécies iônicas. A solução pode ser adequada pelo fato de que a solução pode suportar a presença destas espécies iônicas. Um soluto ionizante pode ser um material que quando adicionado ao solvente se dissolve em espécies iônicas solvatadas. Em alguns exemplos, o soluto ionizante pode ser um sal ionizante. As soluções eletrolíticas que contêm espécies iônicas podem ter uma capacidade de suportar a condutividade elétrica pela difusão das espécies iônicas em solução.
[0168] Em alguns exemplos, esta atividade eletroquímica importante pode se tornar um desafio para a criação de dispositivos que são biocompatíveis. Por exemplo, o hidróxido de potássio (KOH) é um eletrólito comumente usado em pilhas alcalinas. Em alta concentração, o material tem um pH elevado e pode interagir desfavoravelmente com vários tecidos vivos. Por outro lado, em alguns exemplos, os eletrólitos que podem ser menos eletroquimicamente ativos podem ser usados; entretanto, estes materiais podem tipicamente resultar em desempenho elétrico reduzido, como a redução da tensão da célula e aumento da resistência da célula. Assim, um aspecto fundamental do design e da engenharia de uma microbateria biomédica pode ser o eletrólito. Pode ser desejável para o eletrólito ser suficientemente ativo para satisfazer os requisitos elétricos enquanto é relativamente seguro para uso no ou sobre o corpo.
[0169] Vários cenários de teste podem ser usados para determinar o perfil de segurança dos componentes de baterias, como eletrólitos, para as células vivas. Estes resultados, em conjunto com testes de embalagem da bateria, podem permitir o design de engenharia de um sistema de baterias que pode atender às exigências. Por exemplo, quando se desenvolve uma lente de contato energizada, os eletrólitos de bateria podem ser testados em um modelo de célula córnea humana. Esses testes podem incluir experimentos em concentração de eletrólito, tempo de exposição, e aditivos. Os resultados desses testes podem indicar o metabolismo celular e outros aspectos fisiológicos.
[0170] Eletrólitos para uso na presente invenção podem incluir cloreto de zinco, acetato de zinco, sulfato de zinco, brometo de zinco, hidrato de gluconato de zinco, nitrato de zinco e iodeto de zinco, acetato de amônio, e cloreto de amônio em concentrações em massa aproximadamente 0,1 por cento a 50 por cento, e em um exemplo não limitativo pode ser de aproximadamente 25 por cento. As concentrações específicas podem depender da solubilidade, atividade eletroquímica, desempenho da batería, vida útil, integridade da vedação, e biocompatibilidade entre outras dependências. Em alguns exemplos, várias classes de aditivos podem ser usadas na composição de um sistema de batería. Os aditivos podem ser misturados na formulação de eletrólito de base para alterar as suas características. Por exemplo, os agentes gelificantes, como ágar podem reduzir a capacidade do eletrólito para vazar para for a da embalagem, aumentando assim a segurança. Outros exemplos podem incluir carboximetilcelulose ou goma de celulose. Outros exemplos podem incluir hidróxi propil metil celulose. Os inibidores de corrosão, como o acetato de índio podem ser adicionados ao eletrólito, por exemplo, para melhorar a vida útil, reduzindo a dissolução indesejável do material de eletrodo, como o ânodo de zinco para o eletrólito. Estes inibidores podem afetar positivamente ou negativamente o perfil de segurança da batería. Os agentes umectantes ou tensoativos podem ser adicionados, por exemplo, para permitir que o eletrólito molhe o separador, ou seja, preenchido no interior da embalagem de batería. Novamente, esses agentes umectantes podem ser positivos ou negativos para a segurança. A adição de tensoativo ao eletrólito pode aumentar a impedância elétrica da célula. Assim, a concentração mais baixa de tensoativo para atingir a umidade desejada ou outras propriedades pode ser desejada. Tensoativos exem-plificadores podem incluir Triton™ X-100, Triton™ QS44, e Dowfax™ 3B2 em concentrações de 0,01 por cento a 2 por cento. Uma formulação de eletrólito exemplificadora pode compreender aproximadamente 10 a 20 por cento de ZnCI2, aproximadamente, 250 a 500 ppm de Triton™ QS44, aproximadamente 100 a 200 ppm de íons de índio +3 fornecidos como acetato de índio, e o equilíbrio compreendendo água.
[0171] Novos eletrólitos estão também surgindo o que pode melhorar dramaticamente o perfil de segurança das microbaterias biomédicas. Por exemplo, uma classe de eletrólitos sólidos pode ser inerentemente resistente ao vazamento enquanto ainda oferece desempenho elétrico adequado. Um eletrólito gelificado ou hidro-gelificado também pode fornecer desempenho elétrico adequado, mantendo a capacidade de resistência ao vazamento e, assim, preservando a biocompatibilidade. Um eletrólito gelifícado também pode substituir a necessidade de um separador de batería em que as propriedades de permeabilidade do eletrólito gelifícado podem também funcionar para evitar um curto-circuito elétrico entre os eletrodos. Por exemplo, os supercapacitores assimétricos flexíveis usando nanofolhas de Mn02 bidimensionais ultrafinas e grafeno em eletrólito em gel aquoso de Ca(N03)2-Si02 têm realizado um excelente desempenho eletroquímico (como a densidade de energia até 97,2 Wh kg'1, muito mais elevada do que os supercapacitores à base de Mn02 tradicionais e não mais do que 3% de perda de capacidade, mesmo após 10.000 ciclos), mantendo a biocompatibilidade.
[0172] Estes tipos de eletrólitos gelificados podem ser formulados, por exemplo, pela criação de uma solução aquosa de nitrato de cálcio (Ca(N03)2) 2 molar em água desionizada, adicionando 1 por cento em peso por peso de carboximetilcelulose (CMC), adicionando 10 por cento em peso por peso de dióxido de silício (Si02), misturando até homogeneidade, em seguida, deixando assentar até geiifica-ção.
[0173] As Figuras 12A-F ilustram o uso de um eletrólito gelifícado exemplificador em um elemento de energização biocompatível. Na Figura 12A, uma ferramenta de escolher e colocar 1221 pode ser usada para escolher e colocar um corte ou uma peça pré-formada de um eletrólito gelificado em um local desejado sobre o elemento de energização. Na Figura 12B, a peça de eletrólito gelificado colocada 1222 pode ser fixa no lugar e, em seguida, a camada de libertação de PVDF 1223 pode ser removida. Prosseguindo para a Figura 12C, a estrutura dos dispositivos de produção pode ser ligada a um filme do ânodo 1225. O ânodo 1225 pode compreender um filme coletor de ânodo no qual um filme de ânodo de zinco foi eletrodepositado.
[0174] Procedendo à Figura 12D, uma pasta fluida de cátodo 1230 pode ser colocada na abertura formada. Uma espátula 1231 pode ser usada em alguns exemplos para espalhar a mistura de cátodo por uma peça de trabalho e, no processo, encher as lacunas dos dispositivos de bateria a serem formadas. Após o preenchimento, a camada de liberação de PVDF restante1232 pode ser removida a qual pode resultar na estrutura ilustrada na Figura 12E. Na Figura 12F, toda a estrutura pode ser submetida a um processo de secagem que pode encolher a pasta fluida para cátodo 1240 para também estar na altura do topo da camada de PET. Pode haver várias alterações, deleções, mudanças de materiais e espessuras-alvo que podem ser úteis dentro da intenção da presente invenção. Células Reservas [0175] Células reservas são baterias em que os materiais ativos, os eletrodos e eletrólitos, são separados até o momento do uso. Por conta dessa separação, o autodescarregamento das células é bastante reduzido e a vida de prateleira é muito maior. Como um exemplo as baterias que usam eletrólito de "água salgada" são comumente usadas em células reservas para uso marítimo. Torpedos, boias e lu- zes de emergência podem usar tais baterias. As baterias de água salgada podem ser projetadas a partir de uma variedade de materiais de eletrodo, incluindo zinco, magnésio, alumínio, cobre, estanho, dióxido de manganês e óxido de prata. O eletrólito pode realmente ser água do mar, por exemplo, água do oceano que inunda a bateria mediante o contato, ou pode ser uma formulação salina especificamente modificada.
[0176] Em outros exemplos, uma célula reserva pode ser formulada a partir de qualquer uma das formulações eletrolíticas como foram aqui discutidas, em que o eletrólito é segregado a partir da célula da bateria por um meio de armazenamento. Em alguns exemplos, uma ação física, como a aplicação de força sobre os meios de armazenamento, pode romper o dispositivo de armazenamento de uma forma planejada de tal modo que o eletrólito flui para dentro da célula da bateria e ativa o potencial para os produtos químicos dos eletrodos serem transformados em energia elétrica. Em alguns outros exemplos, uma vedação dos meios de armazenamento pode ser ativadas eletricamente. Por exemplo, a aplicação de um potencial elétrico em uma vedação metálica fina pode fundir a vedação permitindo que o eletrólito escape dos meios de armazenamento. Em ainda outros exemplos, uma poro eletricamente ativado pode ser usado para permitir que o eletrólito seja liberado a partir dos seus meios de armazenamento. Para estes exemplos, pode haver tipicamente uma fonte de energia elétrica para ativar o fluxo de eletrólito para a bateria primária. Uma fonte de energia indutiva ou fonte de energia fotoativa (ou seja, a fotocélula) pode permitir que um sinal de controle forneça energia elétrica para liberar o eletrólito.
[0177] Uma segunda célula reserva também pode ser ideal para este propósito de ativar o fluxo de eletrólito em uma batería primária na recepção de um sinal. A segunda célula reserva pode ser uma célula menor que permite que o fluido aos seus arredores difunda para dentro da célula. Após o segundo dispositivo de bateria de célula reserva ser formado sem eletrólito a vida útil pode ser prolongada. Após o dispositivo de bateria ser formado em um dispositivo biomédico tal como uma lente de contato, o mesmo pode, então, ser armazenado em uma solução salina. Essa solução salina pode se difundir na bateria, desse modo, ativando a segunda célula reserva. Um sinal de ativação subsequente, tal como a presença de luz após um pacote contendo a lente de contato ser aberto, pode ativar a célula (reserva) principal para permitir que o eletrólito flua para o dispositivo de bateria e ative a bateria.
[0178] Um eletrólito de solução salina pode ter biocompatibilidade superior em comparação com os eletrólitos clássicos, como hidróxido de potássio e cloreto de zinco. As lentes de contato são armazenadas em uma "solução de embalagem" que é tipicamente uma mistura de cloreto de sódio, talvez com outros sais e agentes tamponantes, como borato de sódio, ácido bórico, ácido cítrico, citratos, bicarbonatos, TRIS (2-amino-2-hidróxi metil-1,3-propanodiol), Bis-Tris (Bis-(2-hidróxi etil)-imino-tris-(hidróxi metil)-metano), bis-aminopoliois, trietanolamina, ACES (ácido N-(2-hidróxi etil)-2-aminoetanossulfônico), BES (ácido N,N-Bis(2-hidróxi etil)-2-aminoetanossulfônico, HEPES (ácido 4-(2-hidróxi etil)-1-piperazinaetanossulfônico), MES (ácido 2-(N-morfolino)etanossulfônico), MOPS (ácido 3-[N-morfolino]-propanossulfônico), PIPES (piperazina-N,N'-bis(ácido 2- etanossulfônico), TES (ácido N-[Tris(hidróxi metil)metil]-2-aminoetanossulfônico), sais dos mesmos, tampões de fosfato, por exemplo, Na2HP04, NaH2P04, e KH2P04 ou misturas dos mesmos. Uma formulação de solução de embalagem tem sido demonstrada como um eletrólito de bateria em combinação com um ânodo de zinco e cátodo de dióxido de manganês. Outras combinações de eletrólito e eletrodo são possíveis.
[0179] Uma lente de contato que usa uma bateria de "água salgada" pode compreender um eletrólito com base em cloreto de sódio, solução de embalagem, ou ainda um eletrólito especialmente fabricado semelhante ao fluido lacrimal. Em alguns exemplos, a exposição a lacerações humanas pode permitir a operação do dispositivo de bateria.
[0180] Além disso, ou em vez disso, possíveis benefícios para bio-compatibilidade com o uso de um eletrólito mais semelhante a lágrimas, ou realmente usando lágrimas, uma célula reserva pode ser usada para atender às exigências de vida útil de um produto de lente de contato. As lentes de contato típicas são especificadas para armazenamento de 3 anos ou mais. Isso pode ser uma exigência desafiante para uma bateria com uma embalagem pequena e fina. Uma célula reserva para o uso em lentes de contato pode ter um design semelhante aos mostrados nas Figuras 1 e 3, mas o eletrólito não pode ser adicionado no momento da fabricação. Como mencionado anteriormente, o eletrólito pode ser armazenado em uma ampola dentro da lente de contato e conectado à célula de bateria vazia. Uma das cavidades de uma construção laminar da bateria pode também funcionar para armazenar um eletrólito em forma segrega-da a partir dos eletrodos. Em outros exemplos, a solução salina circunda a lente de contato e, portanto, a bateria pode ser usada como o eletrólito. Dentro da embalagem de bateria e lente de contato, ou uma válvula ou porta pode ser projetada para manter o eletrólito separado dos eletrodos até que o usuário ative a lente. Mediante ativação, talvez simplesmente beliscando a borda da lente de contato similar à ativação de um bastão fluorescente, o eletrólito pode fluir para a bateria e formar uma via iônica entre os eletrodos. Isto pode envolver uma única transferência do eletrólito ou pode expor a bateria para difusão continuada.
[0181] Alguns sistemas de bateria podem usar ou consumir eletrólito durante a reação química. Consequentemente, pode ser necessário projetar um determinado volume de eletrólito no sistema embalado. Este eletrólito pode ser armazenado em vários locais, incluindo o separador ou um reservatório.
[0182] Em alguns exemplos, um design de um sistema de bateria pode incluir um componente, ou componentes, que podem funcionar para limitar a capacidade de descarga do sistema de bateria. Por exemplo, pode ser desejável projetar os materiais e quantidades de materiais do ânodo, cátodo, ou um eletrólito de modo que um deles pode ser esgotado primeiro durante o decurso das reações do sistema de bateria. Neste exemplo, a depleção de um dentre o ânodo, cátodo ou eletrólito pode reduzir o potencial para descarga problemática e reações colaterais não ocorrem em tensões de descarga menores. Essas reações problemáticas podem produzir, por exemplo, gás excessivo ou subprodutos que poderíam ser prejudiciais à segurança e outros fatores.
Arquitetura e fabricação da batería [0183] A tecnologia de fabricação e arquitetura de batería podem estar intimamente ligadas. Conforme discutido em seções anteriores da presente invenção, a bateria tem os seguintes elementos: cátodo, ânodo, separador, eletrólito, coletor de corrente catódica, coletor de corrente anódica e embalagem. O design inteligente pode tentar combinar esses elementos em subconjuntos fáceis de fabricar. Em outros exemplos, o design otimizado pode ter componentes de uso duplo, como, o uso de uma embalagem de metal para duplicar, como um coletor de corrente. A partir de um ponto de vista de volume e espessura relativo, esses elementos podem ser aproximadamente todos de mesmo volume, exceto o cátodo. Em alguns exemplos, o sistema eletroquímico pode exigir cerca de duas (2) a dez (10) vezes o volume do cátodo como ânodo devido às diferenças significantes na densidade mecânica, energia de densidade, eficiência de descarga, pureza do material e presença de aglutinantes, cargas e agentes condutores. Nestes exemplos, a escala relativa de vários componentes pode ser aproximada nas seguintes espessuras dos elementos: Coletor de corrente de ânodo = 1 pm; Coletor de corrente de cátodo = 1 pm; Eletrólito = líquido intersticial (efetivamente 0 pm); Separador = tão fino ou espesso como desejado, em que a espessura máxima planejada pode ser aproximadamente 15 pm; Ânodo = 5 pm; e o Cátodo = 50 pm. Para estes exemplos de elementos da embalagem necessários para proporcionar proteção suficiente para manter a química da bateria em ambientes de utilização, eles podem ter uma espessura máxima prevista de aproximadamente 50 pm.
[0184] Em alguns exemplos, os quais podem ser fundamentalmente diferentes de grandes construções prismáticas, como formas cilíndricas ou retangulares, e que podem ser diferentes da construção de estado sólido baseada na pastilha, tais exemplos podem assumir uma construção do tipo "bolsa", usando teias ou folhas fabricadas em várias configurações, com elementos da batería arrumados no interior. A restrição pode ter dois filmes ou um filme dobrado sobre o outro lado, cujas configurações podem formar aproximadamente duas superfícies, que podem ser, então, vedadas no perímetro para formar um recipiente. Esse fator de forma fina-mas-ampla pode tornar os próprios elementos de batería finos e amplos. Ademais, esses exemplos podem ser adequados para a aplicação através de revestimento, impressão por gravura, impressão seri-gráfica, bombardeamento iônico, ou outra tecnologia de fabricação semelhante.
[0185] Pode haver numerosas disposições dos componentes internos, como o ânodo, separador e cátodo, nesses exemplos de batería "similares a pequeno invólucro" com fator de forma fino mas amplo. Dentro da região envolvida formada por dois filmes, esses elementos básicos pode ser "coplano" isto é lado a lado no mesmo plano ou "cofacial" que pode ser face-a-face em planos opostos. Na disposição coplana, o ânodo, separador, e cátodo podem ser depositados na mesma superfície. Para a disposição cofacial, o ânodo pode ser depositado sobre a superfície-1, o cátodo pode ser depositado sobre a superfície-2, e o separador pode ser colocado entre as duas, depositado sobre um dos lados, ou inserido como seu próprio elemento separado.
[0186] Outro tipo de exemplo pode ser classificado como montagem laminada, que pode envolver o uso de filmes, em uma forma de manta ou lâmina, para compor uma batería camada por camada. As lâminas podem ser ligadas entre si com o uso de adesivos, como adesivos sensíveis à pressão, adesivos termicamente ativados, ou adesivos à base de reação química. Em alguns exemplos as lâminas podem ser ligadas por técnica de soldagem como soldagem térmica, soldagem ultrassônica e similares. As lâminas podem prestar-se a práticas industriais padrão como montagem de rolo a rolo (R2R), ou lâmina a lâmina. Conforme indicado anteriormente, um volume interior para o cátodo pode precisar ser substancialmente maior do que os outros elementos ativos na batería. Grande parte de um construto de batería pode precisar criar o espaço desse material de cátodo, e suportar o mesmo a partir da migração durante a flexão da batería. Outra porção do construto de bateria que pode consumir porções significativas da estimativa de espessura pode ser o material separador. Em alguns exemplos, uma forma de lâmina do separador pode criar uma solução vantajosa para o processamento de laminado. Em outros exemplos, o separador pode ser formado dispensando-se material de hidrogel no interior de uma camada para agir como o separador.
[0187] Nesses exemplos de montagem de bateria de laminado, o produto formador pode ter uma lâmina de ânodo, que pode ser uma combinação de uma camada de embalagem e um coletor de corrente do ânodo, bem como substrato para a camada de ânodo. O produto formador também pode ter uma lâmina espaçadora de separador opcional, uma lâmina espaçadora de cátodo, e uma lâmina de cátodo. A lâmina catódica pode ser uma combinação de uma camada de embalagem e uma camada do coletor de corrente de cátodo.
[0188] O contato íntimo entre os eletrodos e os coletores de corrente é de importância crítica para reduzir a impedância e aumentar a capacidade de descarga. Se as porções do eletrodo não estiverem em contato com o coletor de corrente, a resistência pode aumentar, visto que a condutividade é, então, através do eletrodo (tipicamente menos condutivo que o coletor de corrente), ou uma porção do eletrodo pode se tornar total mente desconectada. Nas baterias em forma de moeda e cilíndricas, a intimidade é realizada com força mecânica para frisar a lata, colar em uma lata ou através de meios similares. Arruelas de onda ou molas similares são usadas em células comerciais para manter a força de dentro da bateria; entretanto, estas podem adicionar à espessura total de uma bateria de miniatura. Em baterias de emplastro típicas, um separador pode ser saturado em eletrólito, colocado através dos eletrodos, e pressionado pela embalagem externa. Em uma bateria cofacial laminar existem vários métodos para aumentar a intimidade de eletrodo. O ânodo pode ser galvanizado diretamente no coletor de corrente em vez de usar uma pasta. Esse processo resulta inerentemente em um nível alto de intimidade e condutividade. O cátodo, entretanto, é tipicamente uma pasta. Embora o material aglutinante presente na pasta catódica possa fornecer a adesão e a coesão, pode ser necessária uma pressão mecânica para assegurar que a pasta catódica se mantenha em contato com o coletor de corrente catódica. Isto pode ser especialmente importante quando a embalagem é dobrada e as idades e descargas da bateria, por exemplo, como umidade do pacote de folhas através das vedações finas e pequenas. A compressão do cátodo pode ser atingida na bateria laminar, cofacial por meio da introdução de um separador e/ou eletrólito compatível entre o ânodo e cátodo. Um eletróli- to em gel ou separador de hidrogel, por exemplo, podem se comprimir na montagem e não simplesmente escorrer para fora da batería, como um eletrólito líquido pode. Uma vez que a batería é vedada, o eletrólito e/ou o separador podem, então, empurrar de volta contra o cátodo. Uma etapa de gofragem pode ser realizada após a montagem da pilha laminar, introduzindo a compressão na pilha.
[0189] A mistura de cátodo para uso em baterias biocompatíveis pode ser usada em dispositivos biocompatíveis como, por exemplo, dispositivos eletrônicos implantáveis, como marca-passos e coletores de microenergia, pílulas eletrônicas para monitorar e/ou testar uma função biológica, dispositivos cirúrgicos com componentes ativos, dispositivos oftálmicos, bombas microdimensionadas, desfibriladores, stents, e similares.
[0190] Os exemplos específicos foram descritos para ilustrar as modalidades da amostra para a mistura de cátodo para uso em baterias biocompatíveis. Esses exemplos têm o propósito de ilustrar e não se destinam a limitar o escopo das reivindicações de qualquer maneira. Consequentemente, a descrição tem por objetivo englobar todos os exemplos que podem ser evidentes aos versados na técnica.

Claims (34)

1. Batería biocompatível contendo uma formulação eletrolí-tica, sendo a batería biocompatível caracterizada pelo fato de que compreende: um primeiro e um segundo coletores de corrente; um cátodo um ânodo; e uma estrutura laminar; sendo que pelo menos uma camada da estrutura laminar tem um volume removido para formar uma cavidade, sendo que a cavidade contém uma solução eletrolítica, sendo que a solução eletrolí-tica compreende: um sal ionizante; e um solvente.
2. Bateria biocompatível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o sal ionizante é cloreto de zinco.
3. Bateria biocompatível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o sal ionizante é cloreto de amônio.
4. Bateria biocompatível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o sal ionizante é acetato de zinco.
5. Bateria biocompatível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o sal ionizante é sulfato de zinco.
6. Bateria biocompatível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o sal ionizante é brometo de zinco.
7. Bateria biocompatível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o sal ionizante é hidrato de gluconato de zinco.
8. Batería biocompatível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o sal ionizante é de nitrato de zinco.
9. Batería biocompatível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o sal ionizante é iodeto de zinco.
10. Batería biocompatível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o solvente é água.
11. Batería biocompatível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente íon de índio +3 fornecido como acetato de índio.
2. Batería biocompatível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente sulfato de índio.
13. Batería biocompatível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente um agente gel ifi cante.
14. Batería biocompatível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente ágar.
15. Batería biocompatível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente uma carbo-ximetilcelulose.
16. Batería biocompatível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente uma hidróxi propil metil celulose.
17. Batería biocompatível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente cloreto de sódio.
18. Batería biocompatível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente borato de sódio.
19. Batería biocompatível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a solução eletrolítica compreende ainda um tensoativo.
20. Bateria biocompatível, de acordo com a reivindicação 19, caracterizada pelo fato de que o tensoativo é Triton™ QS44.
21. Bateria biocompatível contendo uma formulação eletrolítica, sendo a bateria biocompatível caracterizada pelo fato de que compreende: um primeiro e um segundo coletores de corrente; um cátodo um ânodo; e uma estrutura laminar; e sendo que pelo menos uma camada da estrutura laminar tem um volume removido para formar uma cavidade, sendo que a cavidade é preenchida com um eletrólito, sendo que o eletrólito compreende: ZnCI2; um tensoativo; íon de índio +3; e água.
22. Bateria biocompatível contendo uma formulação eletrolítica, sendo a bateria biocompatível caracterizada pelo fato de que compreende: um primeiro e um segundo coletores de corrente; um cátodo um ânodo; e uma estrutura laminar; e sendo que pelo menos uma camada da estrutura laminar tem um volume removido para formar uma cavidade, sendo que a cavidade é preenchida com um eletrólito, sendo que o eletrólito compreende: aproximadamente 10 a 20 por cento de ZnCI2; aproximadamente 250 a 500 ppm de Triton™ QS44; aproximadamente 100 a 200 ppm de íon de índio +3 fornecido como acetato de índio; e água.
23. Batería biocompatível contendo uma formulação eletro-lítica, sendo a batería biocompatível caracterizada pelo fato de que compreende: um primeiro e um segundo coletores de corrente; um cátodo um ânodo; e uma estrutura laminar; sendo que pelo menos uma camada da estrutura laminar tem um volume removido para formar uma cavidade, sendo que um eletrólito gelificado é formado dentro de pelo menos uma porção da cavidade, sendo que o eletrólito gelificado compreende: nitrato de cálcio; carboximetilceiulose; e dióxido de silício.
24. Batería biocompatível contendo uma formulação eletro-lítica, sendo a batería biocompatível caracterizada pelo fato de que compreende: um primeiro e um segundo coletores de corrente; um cátodo um ânodo; e uma estrutura laminar; sendo que pelo menos uma camada da estrutura laminar tem um volume removido para formar uma cavidade, sendo que um eletrólito gelificado é formado dentro de pelo menos uma porção da cavidade, sendo que o eletrólito gelificado compreende: aproximadamente 2 moles de nitrato de cálcio (Ca(N03)2)em água desionizada; aproximadamente 1 por cento em peso por peso de carboxi-metilcelulose (CMC); e aproximadamente 10 por cento em peso por peso de dióxido de silício (Si02).
25. Aparelho de dispositivo biomédico caracterizado pelo fato de que compreende: um dispositivo de elemento de inserção que compreende: um elemento eletroativo responsivo a um sinal de tensão de controle; uma batería biocompatível; em que a batería biocompatível compreende: um primeiro e um segundo coletores de corrente; um cátodo; um ânodo; um separador; uma estrutura laminar, sendo que pelo menos uma camada da estrutura laminar tem um volume removido para formar uma cavidade; um eletrólito, sendo que o eletrólito compreende: um sal ionizante; e um solvente; e em que um circuito eletricamente conectado à bateria bio-compatível fornece o sinal de tensão de controle.
26. Aparelho, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que o dispositivo biomédico é uma lente de contato.
27. Aparelho de dispositivo biomédico caracterizado pelo fato de que compreende: um dispositivo de elemento de inserção que compreende: um elemento eletroativo responsivo a um sinal de tensão de controle; uma bateria biocompatível; em que a bateria biocompatível compreende: um primeiro e um segundo coletores de corrente; um cátodo; um ânodo; um separador; uma estrutura laminar, sendo que pelo menos uma camada da estrutura laminar tem um volume removido para formar uma cavidade; e um eletrólito, sendo que o eletrólito compreende: aproximadamente 10 a 20 por cento de ZnCI2; aproximadamente 250 a 500 ppm de Triton™ QS44; aproximadamente 100 a 200 ppm ide íon de índio +3 fornecido como acetato de índio; e água;e em que um circuito eletricamente conectado à bateria bio-compatível fornece o sinal de tensão de controle.
28. Aparelho, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que o dispositivo biomédico é uma lente de contato.
29. Aparelho de dispositivo biomédico caracterizado pelo fato de que compreende: um dispositivo de elemento de inserção que compreende: um elemento eletroativo responsivo a um sinal de tensão de controle; uma bateria biocompatível; em que a bateria biocompatível compreende: um primeiro e um segundo coletores de corrente; um cátodo; um ânodo; um separador; uma estrutura laminar, sendo que pelo menos uma camada da estrutura laminar tem um volume removido para formar uma cavidade; e um eletrólito, sendo que o eletrólito compreende: ZnCI2; Triton™ QS44; íon de índio +3 fornecido como acetato de índio; equilíbrio com água; e em que um circuito eletricamente conectado à bateria bio-compatível fornece o sinal de tensão de controle.
30. Aparelho, de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que o dispositivo biomédico é uma lente de contato.
31. Bateria biocompatível, sendo a bateria biocompatível caracterizada pelo fato de que compreende: um primeiro e um segundo coletores de corrente; um cátodo um ânodo; e uma estrutura laminar; sendo que pelo menos uma camada da estrutura laminar tem um primeiro volume removido para formar uma primeira cavidade e um segundo volume removido para formar uma segunda cavidade; uma formulação eletrolítica, sendo que a formulação eletrolíti-ca está contida no interior da primeira cavidade; um canal entre a primeira cavidade e a segunda cavidade; sendo que um elemento eletroativo controla o fluxo através do canal; e sendo que um sinal externo ativa o elemento eletroativo permitindo que o eletrólito flua a partir da primeira cavidade para a segunda cavidade.
32. Bateria biocompatível, de acordo com a reivindicação 31, caracterizada pelo fato de que a pelo menos uma camada da estrutura laminar tem um terceiro volume removido para formar uma terceira cavidade; e sendo que a terceira cavidade compreende eletrodos; e em que a solução eletrolítica pode se difundir para a terceira cavidade de um local externo.
33. Batería biocompatível, de acordo com a reivindicação 32, caracterizada pelo fato de que a difusão de eletrólito para a terceira cavidade do local externo para a terceira cavidade ativa uma célula reserva na terceira cavidade.
34. Batería biocompatível, de acordo com a reivindicação 33, caracterizada pelo fato de que um sinal de luz interage com uma fotocélula conectada a um circuito eletrônico alimentado pela célula reserva na terceira cavidade; e sendo que a interação do sinal ativa o elemento eletroativo permitindo que o eletrólito flua para dentro da segunda cavidade.
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