BR102015019946A2 - elementos de energização recarregáveis biocompatíveis para dispositivos biomédicos - Google Patents

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BR102015019946A2
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battery
energizing element
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biocompatible energizing
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BR102015019946A
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Adam Toner
Daniel B Otts
Frederick A Flitsch
James Daniel Riall
Randall B Pugh
Shivkumar Mahadevan
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Johnson & Johnson Vision Care
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Abstract

resumo patente de invenção: "elementos de energização recarregáveis biocompatíveis para dispositivos biomédicos". a presente invenção refere-se a métodos e aparelho para formar elementos de energização biocompatíveis. em algumas modalidades, os métodos e aparelho para formar os elementos de energização biocompatíveis envolvem a formação de cavidades compreendendo química de cátodo ativa. os elementos ativos do cátodo e do anodo são selados com uma pilha laminada de material biocompatível. em algumas modalidades, um campo de uso para os métodos e aparelho pode incluir qualquer produto ou dispositivo biocompatível que exija elementos de energização.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ELEMENTOS DE ENERGIZAÇÃO RECARREGÁVEIS BIOCOMPATÍVEIS PARA DISPOSITIVOS BIOMÉDICOS".
REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDO DE DEPÓSITO RELACIONADO
[001] Este pedido reivindica o benefício do pedido provisório americano n°62/040178, depositado em 21 de agosto de 2014. ANTECEDENTES DA INVENÇÃO 1. Campo da invenção [002] Métodos e aparelho para formar elementos de energização biocompatíveis são descritos. Em algumas modalidades, os métodos e aparelho para formar os elementos de energização biocompatíveis envolvem a formação de um elemento separador no elemento de energização. Os elementos ativos, incluindo anodos, cátodos e eletrólitos podem ser conectados eletroquimicamente e podem interagir com os elementos separadores formados. Os elementos ativos podem ser configurados de forma tal que a bateria possa ser descarregada e recarregada em múltiplas etapas ou ciclos de uso. Em algumas modalidades, um campo de uso para os métodos e o aparelho pode incluir qualquer dispositivo ou produto biocompatível que exija elementos de energização. 2. Discussão da técnica relacionada [003] Recentemente, o número de dispositivos médicos e sua funcionalidade começaram a se desenvolver 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. Funcionalidades adicionais, além de um aumento no desempenho para muitos dos dispositivos médicos supracitados, foram teorizadas e desenvolvidas. Entretanto, para alcançar as funcionalidades adicionais teorizadas, muitos desses dispositivos agora exigem meios de energização próprios que sejam compatíveis com as exigências de tamanho e formato desses dispositivos, assim como com as exigências energéticas dos novos componentes energizados.
[004] Alguns dispositivos médicos podem incluir componentes como dispositivos semicondutores que realizam uma variedade de funções que podem ser incorporadas em muitos dispositivos biocom-patíveis e/ou implantáveis. Entretanto, tais componentes semicondutores exigem energia e, portanto, elementos de energização também devem ser preferencialmente incluídos em tais dispositivos biocompa-tíveis. A topologia e o tamanho relativamente pequeno dos dispositivos biocompatíveis criam ambientes inovadores e desafiadores para a definição de várias funcionalidades. Em muitas modalidades, é importante fornecer meios seguros, confiáveis, compactos e de baixo custo para energizar os componentes semicondutores no interior dos dispositivos biocompatíveis. Portanto, existe a necessidade de modalidades inovadoras para fazer elementos de energização biocompatíveis para implantação dentro ou sobre dispositivos biocompatíveis, onde a estrutura dos elementos da batería fornece contenção intensificada para os componentes químicos dos elementos de energização, assim como controle aprimorado da quantidade de componentes químicos contidos no elemento de energização.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[005] Consequentemente, são revelados métodos e aparelho para formar elementos de energização biocompatíveis, os quais fornecem vantagens de fabricação ao criar estruturas que podem conter significativamente a química da batería. Além disso, o design estrutural pode também fornecer controle inerente das quantidades dos elementos de energização encontrados no interior dos elementos da batería.
[006] Um aspecto geral inclui um elemento de energização bio- compatível que pode também incluir uma camada espaçadora com vão. O elemento de energização biocompatível pode também incluir pelo menos um primeiro orifício localizado na camada espaçadora com vão. O elemento de energização biocompatível pode também incluir uma camada espaçadora de cátodo, sendo que a camada espaçadora de cátodo é fixada à camada espaçadora com vão. O elemento de energização biocompatível pode também incluir pelo menos um segundo orifício localizado na camada espaçadora de cátodo, sendo que o segundo orifício está alinhado com o primeiro orifício e que o segundo orifício é menor que o primeiro orifício, de modo que, quando o primeiro orifício e o segundo orifício estão alinhados, há uma reentrância da camada espaçadora de cátodo exposta no primeiro orifício. O elemento de energização biocompatível pode também incluir uma camada separadora, sendo que a camada separadora é colocada dentro do primeiro orifício na camada espaçadora com vão e é aderida à reentrância da camada espaçadora de cátodo. O elemento de energização biocompatível pode também incluir uma cavidade entre os lados do segundo orifício e uma primeira superfície da camada separadora, sendo que a cavidade é repleta com produtos químicos do cátodo. O elemento de energização biocompatível pode também incluir um primeiro coletor de corrente revestido com produtos químicos do anodo. O elemento de energização biocompatível pode também incluir um segundo coletor de corrente, sendo que o segundo coletor de corrente possui conexão elétrica com os produtos químicos do cátodo. O elemento de energização biocompatível pode também incluir um eletrólito contendo produtos químicos do eletrólito.
[007] As implementações podem incluir o elemento de energização biocompatível onde os produtos químicos do cátodo, os produtos químicos do anodo e os produtos químicos do eletrólito são compatíveis com múltiplos ciclos de carga e descarga de energização. O ele- mento de energização biocompatível pode também incluir exemplos nos quais os produtos químicos do cátodo incluem um sal de lítio. O elemento de energização biocompatível pode incluir fosfato de ferro e lítio. O elemento de energização biocompatível pode também incluir átomos de metal intercalados. O elemento de energização biocompatí-vei pode também incluir átomos de lítio intercalados. O elemento de energização biocompatível pode também incluir um ou mais elementos dentre chumbo, níquel, lítio, cobalto, zinco, sódio, vanádio, prata ou silício. O elemento de energização biocompatível pode também incluir carboximetilcelulose de sódio. O elemento de energização biocompatível pode também incluir exemplos nos quais os produtos químicos do cátodo incluem um ou mais elementos dentre grafite sintético e negro de fumo. O elemento de energização biocompatível pode também incluir exemplos nos quais os produtos químicos do cátodo incluem um ou mais elementos dentre borracha de estireno-butadieno. O elemento de energização biocompatível pode também incluir hexafluorofosfato de lítio. O elemento de energização biocompatível pode incluir exemplos nos quais o elemento de energização biocompatível é conectado eletricamente a um elemento eletroativo dentro de um dispositivo bio-médico. O elemento de energização biocompatível pode também incluir exemplos nos quais o dispositivo biomédico é um dispositivo oftálmi-co. Em alguns exemplos, o dispositivo oftálmico pode ser uma lente de contato.
[008] O elemento de energização biocompatível pode também incluir exemplos nos quais o eletrólito inclui hexafluorofosfato de lítio. O elemento de energização biocompatível pode também incluir exemplos nos quais a mistura precursora separadora compreende um ou mais elementos dentre poli(fluoreto de vinilideno), poli(dimetilsiloxano), n-n dimetil acetamida. Exemplos adicionais podem também incluir gli-cerol. O elemento de energização biocompatível pode estar incluído em um dispositivo biomédico.
[009] Um aspecto geral inclui o elemento de energização bio-compatível que pode estar incluído em um dispositivo oftálmico, sendo que o dispositivo oftálmico é uma lente de contato. O elemento de energização biocompatível pode também incluir um elemento de energização biocompatível que inclui uma camada espaçadora de cátodo; pelo menos um primeiro orifício localizado na camada espaçadora de cátodo; um primeiro coletor de corrente revestido com produtos químicos de anodo, sendo que o primeiro coletor de corrente é fixado a uma primeira superfície da camada espaçadora de cátodo, e que uma primeira cavidade é criada entre os lados do primeiro orifício e uma primeira superfície do primeiro coletor de corrente revestido com os produtos químicos do anodo; uma camada separadora, sendo que a camada separadora é formada dentro da primeira cavidade após uma mistura precursora separadora ser despejada na cavidade; uma segunda cavidade entre os lados do primeiro orifício e uma primeira superfície da camada separadora, sendo que a segunda cavidade é preenchida com produtos químicos do cátodo; um segundo coletor de corrente, sendo que o segundo coletor de corrente está em conexão elétrica com os produtos químicos do cátodo; e um eletrólito. As implementações podem incluir elementos de energização biocompatíveis nos quais os produtos químicos do cátodo, os produtos químicos do anodo e os produtos químicos do eletrólito são compatíveis com múltiplos ciclos de carga e descarga do elemento de energização.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0010] As Figuras 1A-1D ilustram aspectos exemplificadores de elementos de energização biocompatíveis em conjunção à aplicação exemplificadora de lentes de contato.
[0011] A Figura 2 ilustra o tamanho e o formato exemplificadores de células individuais de um design de batería exemplificador.
[0012] A Figura 3A ilustra um primeiro elemento de energização biocompatível embalado e independente com conexões de anodo e cátodo exemplificadoras.
[0013] A Figura 3B ilustra um segundo elemento de energização biocompatível embalado e independente com conexões de anodo e cátodo exemplificadoras.
[0014] As Figuras 4A-4N ilustram etapas de método exemplificadoras para a formação dos elementos de energização biocompatíveis para dispositivos biomédicos.
[0015] A Figura 5 ilustra um elemento de energização biocompatível exemplificador completamente formado.
[0016] As Figuras 6A-6F ilustram etapas de método exemplificadoras para a formação estrutural de elementos de energização biocompatíveis.
[0017] As Figuras 7A-7F ilustram etapas de método exemplificadoras para a formação estrutural de elementos de energização biocompatíveis com o método alternativo de galvanoplastia.
[0018] As Figuras 8A-8H ilustram etapas de método exemplificadoras para a formação de elementos de energização biocompatíveis com separador de hidrogel para dispositivos biomédicos.
[0019] As Figuras 9A-C ilustram etapas de método exemplificadoras para a formação estrutural de elementos de energização biocompatíveis utilizando modalidades de processamento de separador alternativas.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[0020] São descritos neste pedido métodos e um aparelho para formar elementos de energização biocompatíveis tridimensionais. O elemento separador dentro dos elementos de energização pode ser formado com novos métodos e podem compreender novos materiais. Nas seções a seguir, são descritas descrições detalhadas de várias modalidades. As descrições, tanto da modalidade alternativa quanto da modalidade preferida, são relativas apenas a modalidades exempli-ficadoras e várias modificações e alterações podem ser aparentes àqueles versados na técnica. Portanto, as modalidades exemplificado-ras não limitam o escopo do presente pedido. Os elementos de ener-gização biocompatíveis tridimensionais são projetados para uso em ou próximo ao corpo de um organismo vivo.
Glossário [0021] Na descrição e nas reivindicações abaixo, vários termos podem ser usados para os quais as seguintes definições se aplicarão: [0022] "Anodo", como usado aqui, refere-se a um eletrodo através do qual flui corrente elétrica 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 anodo para, por exemplo, um circuito elétrico.
[0023] "Aglutinantes", como usado aqui, 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.
[0024] "Biocompatível", como usado aqui, refere-se a um material ou dispositivo que atua aliado a uma resposta apropriada do hospedeiro em uma aplicação específica. Por exemplo, um dispositivo biocompatível não tem efeitos tóxicos ou lesivos em sistemas biológicos.
[0025] "Cátodo", como usado aqui, refere-se a um eletrodo através do qual corrente elétrica flui para fora de um dispositivo 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.
[0026] "Revestimento", como usado aqui, 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.
[0027] "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 anodo e cátodo.
[0028] "Energizado", como usado aqui, refere-se ao estado de ser capaz de abastecer corrente elétrica ou ter energia elétrica armazenada em seu interior.
[0029] "Energia", como usado aqui, refere-se à capacidade de um sistema físico de realizar trabalho. Muitos usos dos elementos de energização podem se referir à capacidade de executar ações elétricas.
[0030] "Fonte de energia" ou "elemento de energização" ou "dispositivo de energização", como usado aqui, 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 alcalinas e podem ser baterias de estado sólido ou baterias de célula úmida.
[0031] "Cargas", conforme usadas no presente documento, referem-se a um ou mais separadores de elementos de energização que não reagem com eletrólitos ácidos ou alcalinos. Em geral, as cargas podem incluir substancialmente materiais insolúveis em água, como negro de fumo; pó de carvão; grafite; óxidos metálicos e hidróxidos como aqueles de silício, alumínio, cálcio, magnésio, bário, titânio, ferro, zinco e estanho; carbonatos de metal, como aqueles de cálcio e magnésio; minerais como mica, montmorilonita, caulinita, atapulgita e talco; zeólitos sintéticos e naturais, como cimento Portland; silicatos metálicos precipitados, como silicato de cálcio; polímero oco ou sólido ou microesferas vítreas, flocos e fibras etc.
[0032] "Filme", como usado aqui, refere-se a uma camada fina de um material que pode agir como uma cobertura ou um revestimento; em estruturas laminadas, o filme tipicamente se aproxima de uma camada plana com uma superfície de topo, uma superfície de fundo e um corpo; em que o corpo é tipicamente muito mais delgado do que a extensão da camada.
[0033] "Funcionalizado", como usado aqui, refere-se a tornar uma camada ou dispositivo capaz de executar uma função que inclui, por exemplo, energização, ativação e/ou controle.
[0034] "Molde", como usado aqui, refere-se a um objeto rígido ou semirrígido que pode ser usado para formar objetos tridimensionais a partir de formulações não curadas. Alguns moldes preferidos incluem duas partes de molde que, quando opostas uma à outra, definem a estrutura de um objeto tridimensional.
[0035] "Potência", como usado aqui, refere-se ao trabalho realizado ou energia transferida durante uma unidade de tempo.
[0036] "Recarregável" ou "Reenergizável", como usado aqui, refere-se a uma capacidade de ser restaurado a um estado com capacidade superior de realizar trabalho. Muitos usos podem se referir à capacidade de ser restaurado com a habilidade de fluir corrente elétrica a uma certa taxa por períodos de tempo definidos e restabelecidos.
[0037] "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.
[0038] "Liberado", como usado aqui 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.
[0039] "Empilhado", como usado aqui, significa colocar pelo menos duas camadas de componente em proximidade 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 algumas modalidades, um revestimento, seja para a adesão ou outras funções, pode residir entre as duas camadas que estejam em contato uma com a outra através do revestimento mencionado.
[0040] "Trilhos", como usado aqui, refere-se a componentes do elemento de energização capazes de conectar os componentes do circuito. Por exemplo, trilhos de circuito podem incluir cobre ou ouro quando o substrato for uma placa de circuito impresso e podem ser, tipicamente, de 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 torna o coletor de corrente adequado para uso na condução de elétrons para e de um anodo ou cátodo na presença de eletrólito.
[0041] Os métodos e o aparelho apresentados no presente documento referem-se à formação de elementos de energização biocompa-tíveis para a inclusão em ou sobre dispositivos biocompatíveis planos ou tridimensionais. Uma classe particular de elementos de energização podem ser baterias que são fabricadas em camadas. As camadas podem também ser classificadas como camadas laminadas. Uma batería formada desta forma pode ser classificada como uma batería laminar.
[0042] Pode haver outros exemplos de como montar e configurar as baterias de acordo com a presente revelação, e algumas podem ser descritas nas seções a seguir. Entretanto, para muitos destes exemplos, há parâmetros e características selecionadas das baterias que podem ser descritos individualmente. Nas seções a seguir, algumas características e parâmetros serão descritos.
Construção de um dispositivo biomédico exemplificador com elementos de enerqizacão biocompatíveis [0043] Um exemplo de um dispositivo biomédico que pode incorporar os elementos de energização, baterias, da presente descrição pode ser uma lente de contato de ajuste focal eletroativo. Com referência à figura 1A, um exemplo deste elemento de inserção de lente de contato pode ser mostrado como o elemento de inserção de lente de contato 100. No elemento de inserção de lente de contato 100, pode haver um elemento eletroativo 120 que pode acomodar alterações de características focais em resposta a tensões de controle. Um circuito 105 para fornecer estes sinais de tensão de controle assim como para fornecer outras funções, como o controle da detecção do ambiente para sinais de controle externos pode ser alimentado por um elemento de bateria biocompatível 110. Conforme representado na figura 1A, o elemento de bateria 110 pode ser encontrado como múltiplas peças grandes, nesse caso três peças, e pode compreender as várias configurações de elementos químicos da bateria, conforme discutido. Os elementos de bateria 110 podem ter vários elementos de interco-nexão para unir as peças, conforme pode ser mostrado abaixo da região de interconexão 114. Os elementos de bateria 110 podem ser conectados a um elemento de circuito que pode ter seu próprio substrato 111 sobre o qual os elementos de interconexão 125 podem estar situados. O circuito 105, que pode estar sob a forma de um circuito integrado, pode ser eletricamente e fisicamente conectado ao substrato 111 e seus elementos de interconexão 125.
[0044] Com referência à figura 1B, um relevo em seção transversal de uma lente de contato 150 pode conter elemento de inserção de lente de contato 100 e seus constituintes discutidos. O elemento de inserção de lente de contato 100 pode ser encapsulado em uma saia de hidrogel de lente de contato 155 que pode formar o elemento de inserção encapsulado e fornecer uma interface confortável da lente de contato 150 ao olho do usuário.
[0045] Com referência aos conceitos da presente descrição, os elementos de batería podem ser formados em uma forma bidimensional, conforme mostrado em outro exemplo da figura 1C. Neste desenho, pode haver duas regiões principais de células de bateria nas regiões do componente da bateria 165 e no segundo componente da bateria na região dos elementos químicos da bateria 160. O elemento plano pode se conectar a um elemento de circuito 163 que, no exemplo da figura 1C, pode conter duas áreas de circuito importantes 167. O elemento de circuito 163 pode se conectar ao elemento de bateria em um contato elétrico 161 e um contato físico 162. A estrutura plana pode ser fletida em uma estrutura cônica tridimensional, conforme foi descrito na presente revelação. Neste processo, um segundo contato elétrico 166 e um segundo contato físico 164 podem ser usados para conectar e estabilizar fisicamente a estrutura tridimensional. Com referência à figura 1D, uma representação desta estrutura cônica tridimensional 180 pode ser encontrada. Os pontos de contato físico e elétrico 181 podem também ser encontrados, e a ilustração pode ser vista como uma vista tridimensional da estrutura resultante. Esta estrutura pode compreender o componente elétrico modular e o componente de bateria que serão incorporados com um elemento de inserção de lente em um dispositivo biocompatível.
Esquemas segmentados da bateria [0046] Com referência à figura 2, um exemplo de diferentes tipos de esquemas segmentados de bateria é mostrado para um elemento de bateria exemplificador para um exemplo de lente de contato. Os componentes segmentados podem ter formato relativamente circular 271, formato quadrado 272 ou formato retangular. Nos exemplos com formato retangular, os retângulos podem ser pequenos formatos retangulares 273, formatos retangulares maiores 274, ou formatos retangulares grandes 275.
Formatos personalizados dos elementos planos de bateria [0047] 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 pode ser mostrado com uma conexão de anodo 311 e uma conexão de cátodo 312. Com referência à figura 3B, um exemplo de um contorno circular 330 de um elemento de bateria pode ser mostrado com uma conexão de anodo 331 e uma conexão de cátodo 332.
[0048] Em alguns exemplos de baterias formadas de forma plana, os contornos da forma da bateria podem ser dimensionalmente e geometricamente configurados para se ajustarem a produtos personalizados. Além dos exemplos com contornos retangulares ou circulares, contornos personalizados de "forma livre" ou "formato livre" podem ser formados, o que pode permitir que a configuração da bateria seja otimizada para se ajustar a um dado produto.
[0049] No caso de dispositivo biomédico exemplificador de uma óptica variável, um exemplo de "forma livre" de um contorno plano pode ter forma arqueada. A forma livre pode ter tal geometria que, quando formada em um formato tridimensional, lhe possibilite assumir a forma de uma saia cônica e anular que se encaixa nas fronteiras limítrofes de uma lente de contato. Pode ser evidente que geometrias benéficas similares podem ser formadas, nas quais os dispositivos médicos têm requisitos de formato 2D ou 3D restritivos.
Aspectos de biocompatibilidade das baterias [0050] Como um exemplo, as baterias de acordo com a presente revelação podem ter importantes aspectos relacionados à segurança e biocompatibilidade. Em alguns exemplos, as baterias para dispositivos biomédicos precisam satisfazer os requisitos acima e outros além destes para cenários de uso típicos. Em alguns exemplos, aspectos do design podem ser considerados relacionados a eventos de estresse. Por exemplo, a segurança de uma lente de contato eletrônica pode precisar ser considerada no caso de um usuário romper a lente durante a inserção ou remoção. Em um outro exemplo, os aspectos de design podem considerar a possibilidade de que um usuário seja atingido no olho por um objeto estranho. Outros exemplos adicionais de condições estressantes que podem ser consideradas ao se desenvolver os parâmetros e limitações de desenho podem se relacionar à possibilidade de que um usuário use a lente em ambientes desafiadores, como o ambiente debaixo d'água ou o ambiente em alta altitude, como exemplos não limitadores.
[0051] A segurança deste dispositivo pode ser influenciada pelos materiais dos quais o dispositivo é formado, pelas quantidades destes materiais empregadas na fabricação do dispositivo, e também pela embalagem aplicada para separar os dispositivos do ambiente circundante sobre ou dentro do corpo. Em um exemplo, 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, estes marca-passos podem, tipicamente, ser embalados com recipientes de titânio soldados e herméticos, ou, em outros exemplos, múltiplas camadas de encapsulação. Os dispositivos biomédicos alimentados emergentes podem apresentar novos desafios para embalagens, especialmente embalagem de bateria. Estes 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 significativamente menores que um marca-passo. Nestes exemplos, o volume e a área disponível para a embalagem pode ser muito reduzida.
Requisitos elétricos das microbaterias [0052] Uma outra área para considerações de design pode se relacionar aos requisitos elétricos do dispositivo no dispositivo de batería. De modo a funcionar como uma fonte de energia para um dispositivo médico, uma bateria adequada pode precisar satisfazer os requisitos elétrico totais do sistema quando operando em um modo não conectado ou não alimentado externamente. Um campo emergente de dispositivos biomédicos não conectados ou não alimentados externamente pode incluir, por exemplo, lentes de contato para correção da visão, dispositivos de monitoramento de saúde, câmeras de pílula, e novos dispositivos. Desenvolvimentos recentes na tecnologia de circuitos integrados (IC) podem permitir a operação elétrica significativa em níveis de corrente muito baixos, por exemplo, picoamperes de corrente de modo de espera e microamperes de corrente de operação. Os IC’s podem também permitir a criação de dispositivos muito pequenos.
[0053] Pode ser necessário que as microbaterias para aplicações biomédicas satisfaçam muitos requisitos desafiadores simultâneos. Por exemplo, pode ser necessário que uma microbateria tenha a capacidade de fornecer uma tensão de operação adequada a um circuito elétrico incorporado. Esta tensão de operação pode ser influenciada por vários fatores, inclusive o "nó" do processo de IC, a tensão de saída do circuito para outro dispositivo, e um consumo de corrente alvo particular que pode, também, se relacionar a um ciclo de vida desejado do dispositivo.
[0054] Com relação ao processo de IC, os nós podem ser tipica- mente diferenciados pelo tamanho mínimo característico de um transistor, como seu "assim chamado" canal de transistor. Este elemento físico, junto com outros parâmetros da fabricação do IC, como a espessura de óxido da porta, pode estar associado com um padrão de classificação resultante para tensões de ligamento, ou limite, de transistores de efeito de campo (FETs) fabricados no dado nó do processo. Por exemplo, em um nó com um tamanho característico mínimo de 0,5 mícrons, pode ser comum encontrar FETs com tensões de ligamento de 5,0 V. Entretanto, em um tamanho característico mínimo de 90 nm, os FETs podem ligar a 1,2, 1,8 e 2,5 V. A fundição de IC pode fornecer células padrão de blocos digitais, por exemplo, inversores e flip-flops que foram caracterizados e são classificados para uso ao longo de determinados intervalos de tensão. Os designers escolhem um nó de processo de IC com base em vários fatores que incluem a densidade dos dispositivos digitais, dispositivos análogos/digitais de sinal misto, corrente de vazamento, camadas de fios, e disponibilidade de dispositivos especializados, como FETs de alta tensão. Dados estes aspectos paramétricos dos componentes elétricos que podem extrair energia de uma microbateria, pode ser importante que a fonte de energia da microbateria seja compatível com os requisitos do nó de processo escolhido e do design de IC, especialmente em termos de tensão disponível e corrente.
[0055] Em alguns exemplos, um circuito elétrico alimentado por uma microbateria pode se conectar a outro dispositivo. Em exemplos não limitadores, o circuito elétrico alimentado pela microbateria pode se conectar a um atuador ou um transdutor. Dependendo da aplicação, eles podem incluir um diodo emissor de luz (LED), um sensor, uma bomba de sistema microeletromecânico (MEMS) ou vários outros destes dispositivos. Em alguns exemplos, estes dispositivos conectados podem exigir condições de tensão de operação maiores do que os nós de processo de IC comuns, por exemplo, uma lente de foco variável pode exigir 35 V para ser ativada. A tensão de operação fornecida pela bateria pode, portanto, ser uma consideração crítica quando se projeta tal sistema. Em alguns exemplos deste tipo de consideração, a eficiência de um acionador da lente para produzir 35 V a partir de uma bateria de 1 V pode ser significativamente menor do que poderia ser ao se operar a partir de uma bateria de 2 V. Requisitos adicionais, como o tamanho da matriz também podem ser dramaticamente diferentes por conta dos parâmetros de operação da microbateria.
[0056] As células de bateria individuais podem ser tipicamente classificadas com tensões de circuito aberto, carregadas e de corte. A tensão de circuito aberto é o potencial produzido pela célula de bateria com resistência de carga infinita. A tensão carregada é o potencial produzido pela célula com uma impedância de carga adequada, e tipicamente também especificada, colocada através dos terminais da célula. A tensão de corte é, tipicamente, uma tensão na qual a maior parte da bateria 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 efeito prejudiciais, como emissão excessiva de gases. A tensão de corte pode, tipicamente, ser influenciada pelo circuito ao qual a bateria está conectada, e não apenas pela bateria em si, 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 química da célula empregada. E uma química da célula diferente pode, portanto, ter diferentes tensões de célula.
[0057] As células podem ser conectadas em série para aumentar a tensão; entretanto, esta combinação pode exigir concessões relativas ao tamanho, resistência interna, e complexidade da batería. As células podem, também, ser combinadas em configurações em paralelo para diminuir a resistência e aumentar a capacidade, entretanto tal combinação pode exigir concessões relativas a tamanho e vida útil.
[0058] A capacidade da bateria pode ser a capacidade de uma batería fornecer corrente, ou realizar trabalho, durante um período de tempo. A capacidade da bateria pode, tipicamente, ser especificada em unidades como microamperes-horas. Uma bateria que pode fornecer 1 microampere de corrente durante 1 hora tem 1 microampere-hora de capacidade. A capacidade pode, tipicamente, ser aumentada mediante o aumento da massa (e, portanto, volume) dos reagentes dentro de um dispositivo de bateria; entretanto, pode-se considerar o fato de que dispositivos biomédicos podem possuir limitações significativas em relação ao volume disponível. A capacidade da bateria pode, também, ser influenciada pelo material do eletrodo e do eletrólito.
[0059] Dependendo dos requisitos do conjunto de circuitos ao qual a bateria está conectada, pode ser necessário à bateria buscar corrente ao longo de uma faixa de valores. Durante o armazenamento antes do uso ativo, uma corrente de vazamento da ordem de picoamperes a nanoamperes pode fluir através dos circuitos, interconexões e isolan-tes. Durante a operação ativa, o conjunto de circuitos pode consumir a corrente quiescente para amostrar sensores, executar temporizadores, e realizar funções de baixo consumo de energia. O consumo de corrente quiescente pode ser da ordem de nanoamperes a miliamperes. O conjunto de circuitos pode, também, ter demandas de corrente de pico ainda maiores, por exemplo, ao se escrever uma memória flash ou transmitir por radiofrequência (RF). Esta corrente de pico pode estender-se até dezenas de miliamperes ou mais. A resistência e a im-pedância de um dispositivo de microbateria podem, também, ser importantes para considerações de design.
[0060] A vida útil se refere, tipicamente, ao período de tempo que uma bateria pode sobreviver em armazenamento e ainda manter parâmetros de operação úteis. A vida útil pode ser particularmente importante para os dispositivos biomédicos por vários motivos. Os dispositivos eletrônicos podem substituir dispositivos não alimentados, como por exemplo, pode ser o caso na introdução de uma lente de contato eletrônica. Os produtos nestes espaços de mercado existentes podem ter requisitos de vida útil estabelecidos, por exemplo, três anos, devido a requisitos do cliente, cadeia de suprimentos, e outros. Pode ser tipicamente desejado que tais especificações não sejam alteradas para novos produtos. Os requisitos de vida útil podem, também, ser ajustados pela distribuição, estoque e métodos de uso de um dispositivo que compreende uma microbateria. Consequentemente, as microbaterias para dispositivos biomédicos podem ter requisitos de vida útil específicos, que podem ser medidos em número de anos por exemplo.
[0061] Em algumas modalidades, os elementos de energização biocompatíveis tridimensionais podem ser recarregáveis. Por exemplo, uma bobina indutiva pode, também, ser fabricada nesta superfície tridimensional. A bobina indutiva podería, então, ser energizada com uma base de radiofrequência ("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.
[0062] Em alguns exemplos, uma bateria pode ter a função de fornecer a energia elétrica para um sistema elétrico. Nestes exemplos, a bateria pode ser eletricamente conectada ao circuito do sistema elétri- co. As conexões entre um circuito e uma bateria podem ser classificadas como interconexões. Estas interconexões podem se tornar mais desafiadoras no caso das microbaterias biomédicas devido a vários fatores. Em alguns exemplos, os dispositivos biomédicos alimentados podem ser muito pequenos, permitindo assim pouca área e volume para as interconexões. As restrições de tamanho e área podem afetar a resistência elétrica e a confiabilidade das interconexões.
[0063] Em relação a outros aspectos, uma bateria pode conter um eletrólito líquido que podería ferver em alta temperatura. Esta restrição pode competir diretamente com o desejo de usar uma interconexão de soldagem que pode, por exemplo, exigir temperaturas relativamente altas, tais como 250 graus Celsius para fundir. Embora em alguns exemplos os elementos da química de bateria, inclusive o eletrólito e a fonte de calor usada para formar as interconexões à base de solda, possam ser isolados espacialmente uns dos outros, nos casos dos dispositivos biomédicos emergentes, o pequeno tamanho pode impedir a separação do eletrólito e juntas de solda por uma distância suficiente para reduzir a condução de calor.
Interconexões [0064] As interconexões podem permitir que a corrente flua para e da bateria em conexão com um circuito externo. Estas interconexões podem fazer interface com os ambientes dentro e fora da bateria, e podem cruzar o contorno ou vedação entre estes ambientes. Estas interconexões podem ser consideradas trilhos, fazendo conexões a um circuito externo, passando através da vedação da bateria, e, então, conectando os coletores de corrente dentro da bateria. Desta forma, estas interconexões podem ter vários requisitos. Fora da bateria, as interconexões podem se assemelhar a trilhos de circuito impresso típicos. Eles podem ser soldados a ou conectados de outro modo a outros trilhos. Em um exemplo onde a bateria é um elemento físico separado de uma placa de circuito contendo um circuito integrado, a intercone-xão da bateria pode permitir a conexão ao circuito externo. Esta conexão pode ser formada com solda, fita condutiva, tinta condutiva ou epóxi, ou outros meios. Os trilhos de interconexão podem precisar sobreviver no ambiente fora da bateria, por exemplo, não corroer na presença de oxigênio.
[0065] Quando a interconexão passa através da vedação da bateria, pode ser de importância crítica que a interconexão coexista com a vedação e permita a vedação. Adesão pode ser necessária entre a vedação e a interconexão em adição à adesão que pode ser necessária entre a vedação e a embalagem da bateria. A integridade da vedação pode precisar ser mantida na presença do eletrólito e de outros materiais dentro da bateria. As interconexões, que podem, tipicamente, ser metálicas, podem ser conhecidas como pontos de falha na embalagem da bateria. O potencial elétrico e/ou fluxo de corrente pode aumentar a tendência de os eletrólitos "deformarem" ao longo da interconexão. Consequentemente, uma interconexão pode precisar ser manipulada para a manutenção da integridade da vedação.
[0066] Dentro da bateria, as interconexões podem fazer interface com os coletores de corrente ou podem formar de fato os coletores de corrente. Nesse sentido, a interconexão pode precisar satisfazer os requisitos dos coletores de corrente conforme descrito aqui, ou pode precisar formar uma conexão elétrica a estes coletores de corrente.
[0067] Uma classe de interconexões e coletores de corrente candidatos são laminados metálicos. Estes laminados estão disponíveis em espessuras de 25 mícrons ou menos, o que os torna adequados para baterias muito finas. Este laminado pode, também, ser dotado de baixa aspereza de superfície e contaminação, dois fatores que podem ser críticos para o desempenho da bateria. Os laminados podem incluir zinco, níquel, latão, cobre, titânio, outros metais e várias ligas.
Eletróiito [0068] Um eletróiito é um componente de uma bateria que facilita a ocorrência de uma reação química entre os materiais químicos dos eletrodos. Os eletrólitos típicos podem ser eletroquimicamente ativos aos eletrodos, por exemplo, permitindo a ocorrência de reações de oxidação e redução. Em alguns exemplos, esta importante atividade eletroquímica pode representar um desafio na criação de dispositivos que sejam biocompatíveis. Por exemplo, hidróxido de potássio (KOH) pode ser um eletróiito comumente usado em células alcalinas. Em alta concentração, o material tem um alto pH e pode interagir desfavoravelmente com vários tecidos vivos. Por outro lado, em alguns exemplos, pode-se empregar eletrólitos que podem ser menos eletroquimicamente ativos; entretanto, estes materiais podem resultar, tipicamente, em desempenho elétrico reduzido, como tensão reduzida da célula e resistência aumentada da célula. Consequentemente, um aspecto chave do design e produção de uma microbateria biomédica pode ser o eletróiito. Pode ser desejável que o eletróiito seja suficientemente ativo para satisfazer os requisitos elétricos e também relativamente seguro para uso dentro ou sobre o corpo.
[0069] Vários cenários de teste podem ser usados para determinar a segurança dos componentes da bateria, em particular, eletrólitos, a células vivas. Estes resultados, em conjunto com testes da embalagem da bateria, podem permitir projetar um design de um sistema de bateria capaz de satisfazer os requisitos. Por exemplo, quando se desenvolve uma lente de contato alimentada, os eletrólitos da bateria podem ser testados em um modelo de célula de córnea humana Estes testes podem incluir experimentos sobre a concentração de eletrólitos, tempo de exposição, e aditivos. Os resultados destes testes podem indicar o metabolismo da célula e outros aspectos fisiológicos. Os testes podem, também, incluir testes in vivo em animais e seres huma- nos.
[0070] Os eletrólitos como usado aqui podem incluir cloreto de zinco, acetato de zinco, acetato de amônio e cloreto de amônio em concentrações de massa de aproximadamente 0,1 por cento a 25 por cento. As concentrações específicas podem depender da atividade eletro-química, do desempenho da batería, da vida útil, da integridade da vedação e da biocompatibilidade.
[0071] Em alguns exemplos, várias classes de aditivos podem ser usadas na composição de um sistema de batería. Os aditivos podem ser misturados na base do eletrólito para alterar suas características. Por exemplo, agentes gelificantes como ágar podem reduzir a capacidade de o eletrólito vazar do empacotamento, aumentando assim a segurança. Inibidores de corrosão podem ser adicionados ao eletrólito, por exemplo, para aprimorar a vida útil por reduzir a dissolução indese-jada do anodo de zinco no eletrólito. Os inibidores de corrosão podem incluir Triton® QS-44 e acetato de índio como exemplos não limitadores. Estes inibidores podem afetar positivamente ou negativamente o perfil de segurança da batería. Agentes umectantes ou tensoativos podem ser adicionados, por exemplo, para permitir ao eletrólito molhar o separador ou ser preenchido na embalagem da bateria. Novamente, estes agentes umectantes podem ser positivos ou negativos para segurança. A adição de tensoativo ao eletrólito pode aumentar a impe-dância elétrica da célula, portanto deve-se utilizar a menor concentração de tensoativo para se obter as propriedades umectantes desejadas ou outras propriedades. Os tensoativos exemplificadores podem incluir Triton® X-100, Triton® QS44 e Dowfax® 3B2 em concentrações de 0,01 por cento a 2 por cento.
[0072] Um exemplo de uma formulação de eletrólito pode ser: 20% de cloreto de zinco, 500 ppm de Triton® QS-44, 200 ppm de íon índio +3 fornecido como acetato de índio e o restante de água.
[0073] Novos eletrólitos também estão surgindo, os quais podem aprimorar dramaticamente o perfil de segurança das microbaterias bi-omédicas. Por exemplo, uma classe de eletrólitos sólidos pode ser inerentemente resistente a vazamentos enquanto ainda oferece desempenho elétrico adequado.
[0074] Baterias que usam eletrólito de "solução aquosa salina" são comumente usadas em células de reserva para uso marinho. Torpedos, boias, e luzes de emergência podem usar estas baterias. As células de reserva são baterias nas quais os materiais ativos, os eletrodos e o eletrólito, permanecem separados até o tempo do uso. Por causa desta separação, a autodescarga das células é muito reduzida e a vida útil é muito aumentada. As baterias de solução aquosa salina podem ser projetadas a partir de uma variedade de materiais de eletrodo, inclusive zinco, magnésio, alumínio, cobre, estanho, dióxido de manganês, e óxido de prata. O eletrólito pode ser água do mar, por exemplo, água do oceano que inunda a bateria mediante contato, ou pode ser uma formulação de solução salina especialmente feita. Este tipo de bateria pode ser particularmente útil em lentes de contato. Um eletrólito salino pode ter biocompatibilidade superior aos 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 de tamponamento. Foi demonstrado que esta solução é um eletrólito de bateria em combinação com um anodo de zinco e cátodo de dióxido de manganês. Outras combinações de eletrólito e eletrodo são possíveis. Uma lente de contato que usa uma bateria de "solução aquosa salina" pode conter um eletrólito à base de cloreto de sódio, solução de embalagem, ou mesmo um eletrólito especialmente manipulado similar ao fluido lacrimal. Tal bateria podería, por exemplo, ser ativada com solução de embalagem, manter uma abertura ao olho, e continuar funcionando com exposição às lágrimas humanas.
[0075] Em adição a ou ao invés dos possíveis benefícios para bio-compatibilidade pelo uso de um eletrólito mais similar às lágrimas, ou usando de fato lágrimas, uma célula de reserva pode ser usada para satisfazer os requisitos de vida útil de um produto de lente de contato. As lentes de contato típicas são especificadas para armazenamento de 3 anos ou mais. Este é um requisito desafiador para uma bateria com uma embalagem pequena e fina. Uma célula de reserva para uso em uma lente de contato pode ter design similar àquele mostrado nas figuras 3, mas o eletrólito não seria adicionado no momento da fabricação. O eletrólito pode ser armazenado em uma ampola dentro da lente de contato e conectado à bateria, ou a solução salina que circunda a bateria pode ser usada como o eletrólito. Dentro da lente de contato e da embalagem da bateria, uma válvula ou porta pode ser projetada para separar o eletrólito dos eletrodos até o usuário ativar a lente. Mediante ativação, talvez através da simples compressão da borda da lente de contato de modo similar à ativação de uma vareta luminosa, o eletrólito pode fluir para a bateria e formar uma rota iônica entre os eletrodos. Isto pode envolver uma transferência única de eletrólito ou pode expor a bateria para difusão continuada.
[0076] Alguns sistemas de bateria podem usar ou consumir eletró-litos durante a reação química. Consequentemente, pode ser necessário manipular um determinado volume de eletrólito no sistema embalado. Este eletrólito pode ser "estacionado" em vários locais, inclusive o separador ou um reservatório.
[0077] 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 as quantidades de materiais do anodo, cátodo, ou eletrólito de modo que um deles possa ser esgotado primeiro durante o curso de reações no sistema de batería. Neste exemplo, a depleção de um dos elementos dentre o anodo, cátodo ou eletrólito pode reduzir o potencial para descarga problemática, e reações colaterais não ocorrem em tensões de descarga menores. Estas reações problemáticas podem produzir, por exemplo, gás ou subprodutos em excesso que poderíam ser prejudiciais para a segurança e outros fatores.
Componentes da batería modular [0078] Em alguns exemplos, um componente da batería modular pode ser formado de acordo com alguns aspectos e exemplos da presente revelação. Nestes exemplos, o conjunto da bateria modular pode ser um componente separado de outras partes do dispositivo biomédi-co. No exemplo de um dispositivo de lente de contato oftálmica, tal de-sign pode compreender uma bateria modular que é separada do resto de um inserto de mídia. Pode haver várias vantagens de formar um componente da bateria modular. Por exemplo, no exemplo da lente de contato, um componente da bateria modular pode ser formado em um processo não integrado separado que pode aliviar a necessidade de manusear componentes ópticos plásticos rígidos formados tridimensionalmente. Além disso, as fontes de fabricação podem ser mais flexíveis e podem funcionar em um modo mais paralelo à fabricação dos outros componentes no dispositivo biomédico. Além disso, a fabricação dos componentes da bateria modular pode ser desacoplada das características dos dispositivos formatados tridimensionais. Por exemplo, em aplicações que exigem formas finais tridimensionais, um sistema de bateria modular pode ser fabricado em uma perspectiva plana ou aproximadamente bidimensional e, então, formatado para o formato tridimensional adequado. Um componente da bateria modular pode ser testado independentemente do resto do dispositivo biomédico e a perda de rendimento causada pelos componentes da bateria pode ser classificada antes da montagem. O componente da bateria modular resultante pode ser usado em várias construções de inserto de mídia que não possuam uma região rígida adequada sobre a qual os componentes da bateria possam ser formados; e, em um exemplo adicional, o uso de componentes de bateria modular pode facilitar o uso de diferentes opções para tecnologias de fabricação daquelas que seriam de outro modo utilizadas, como tecnologia baseada em manta (cilindro a cilindro), tecnologia baseada em folhas (folha a folha), impressão, litografia, e processamento de "rodo". Em alguns exemplos de uma bateria modular, o aspecto discreto de contenção deste dispositivo pode resultar em material adicional sendo adicionado à construção do dispositivo biomédico como um todo. Estes efeitos podem estabelecer uma restrição para o uso de soluções de baterias modulares quando os parâmetros de espaço disponíveis exigem espessura ou volume reduzidos das soluções.
[0079] Os requisitos de formato da bateria podem ser direcionados pelo menos em parte pela aplicação para a qual a bateria é projetada. Os fatores de forma de bateria tradicionais podem ser formas cilíndricas ou prismas retangulares feitos de metal, e podem ser voltados para produtos que exigem grandes quantidades de energia por longas durações. Estas aplicações podem ser suficientemente grandes de modo que podem conter baterias com fator de forma grande. Em um outro exemplo, baterias de estado sólido planas podem ser prismas retangulares delgados, tipicamente formados de silício inflexível ou vidro. Estas baterias planas de estado sólido podem ser formadas em alguns exemplos usando tecnologias de processamento de pastilha de silício. Em outro tipo de fator de forma de bateria, baterias flexíveis de baixa energia podem ser formadas em uma construção de pequeno invólucro usando laminados delgados ou plástico para conter os produtos químicos da bateria. Estas baterias podem ser tornadas planas e podem ser projetadas para funcionar quando curvadas para uma curvatura modesta fora de plano.
[0080] Em alguns dos exemplos das aplicações de batería na presente invenção onde a bateria pode ser empregada em uma lente óptica variável, o fator de forma pode exigir uma curvatura tridimensional do componente da bateria onde um raio daquela curvatura pode ser da ordem de aproximadamente 8,4 mm. A natureza desta curvatura pode ser considerada relativamente íngreme e, por referência, pode se aproximar do tipo de curvatura encontrado na ponta do dedo humano. A natureza de uma curvatura relativa íngreme cria aspectos desafiadores para fabricação. Em alguns exemplos da presente invenção, um componente modular da bateria pode ser projetado de modo a ser fabricado de uma forma plana e bidimensional e, então, formado em uma forma tridimensional de curvatura relativa alta.
Espessura do módulo da bateria [0081] Ao projetar os componentes da bateria para aplicações bi-omédicas, compensações entre os vários parâmetros podem ser feitas equilibrando os requisitos técnicos, de segurança e funcionais. A espessura do componente da bateria pode ser um parâmetro importante e limitador. Por exemplo, em uma aplicação de lente óptica, a capacidade que um dispositivo tem de ser usado confortavelmente por um usuário pode ter uma dependência crítica sobre a espessura do dispositivo biomédico. Portanto, pode haver aspectos permissivos críticos ao projetar a bateria para resultados mais finos. Em alguns exemplos, a espessura da bateria pode ser determinada pelas espessuras combinadas de uma folha superior e inferior, folhas espaçadoras, e espessuras da camada adesiva. Os aspectos de fabricação práticos podem direcionar certos parâmetros da espessura do filme para valores padrão no estoque de folhas disponível. Além disso, os filmes podem ter valores de espessura mínimos aos quais eles podem ser especificados com base em considerações técnicas relacionadas com a compatibilidade química, impermeabilidade à umidade/gás, acabamento da superfície, e compatibilidade com revestimentos que podem ser depositados sobre as camadas de filme.
[0082] Em alguns exemplos, uma espessura desejada ou pretendida de um componente de batería acabado pode ser uma espessura de componente menor que 220 pm. Nestes exemplos, esta espessura desejada pode ser direcionada pela geometria tridimensional de um dispositivo de lente oftálmica exemplificador onde o componente da bateria pode precisar ser encaixado dentro do volume disponível definido por limitações de conforto, biocompatibilidade e aceitação definidos por um formato de lente de hidrogel. Este volume e seus efeitos sobre as necessidades da espessura do componente de bateria podem ser uma função do relatório descritivo total de espessura do dispositivo, assim como especificações do dispositivo relacionadas a sua largura, ângulo cônico e diâmetro interno. Uma outra consideração de design importante para o design do componente da bateria resultante pode se relacionar ao volume disponível para os produtos químicos ativos da bateria e materiais em um dado design de componente da bateria com relação à energia química resultante que pode resultar daquele design. Esta energia química resultante pode, então, ser balanceada para os requisitos elétricos de um dispositivo biomédico funcional para suas condições de vida e funcionamento alvo.
Flexibilidade do módulo da bateria [0083] Uma outra dimensão de relevância ao design da bateria e ao design de dispositivos relacionados que utilizam fontes de energia à base de bateria é a flexibilidade do componente da bateria. Pode haver várias vantagens conferidas por formas de bateria flexíveis. Por exemplo, um módulo de bateria flexível pode facilitar a capacidade previamente mencionada de fabricar a forma de bateria em uma forma plana bidimensional. A flexibilidade da forma pode permitir à batería bidimensional ser então formada como um formato tridimensional adequado para se encaixar em um dispositivo biomédico como uma lente de contato.
[0084] Em um outro exemplo dos benefícios que podem ser conferidos pela flexibilidade no módulo da bateria, se a batería e o dispositivo subsequente forem flexíveis, então, pode haver vantagens relacionadas ao uso do dispositivo. Em um exemplo, uma forma de lente de contato de um dispositivo biomédico pode ter vantagens para inser-ção/remoção da lente de contato à base de inserto de mídia que podem ser mais próximas da inserção/remoção de uma lente de contato de hidrogel padrão e não preenchida.
[0085] O número de flexuras pode ser importante para a engenharia da bateria. Por exemplo, uma bateria que só pode flexionar uma vez de uma forma plana para um formato adequado para uma lente de contato pode ter design significativamente diferente de uma bateria capaz de múltiplas flexuras. A flexura da bateria pode, também, ser estender além da capacidade de sobreviver mecanicamente ao evento de flexura. Por exemplo, um eletrodo pode ser fisicamente capaz de flexionar sem romper, mas as propriedades mecânicas e eletroquími-cas do eletrodo podem ser alteradas pela flexura. As alterações induzidas pela flexão podem aparecer instantaneamente, por exemplo, como alterações à impedância, ou a flexura pode introduzir alterações que só são evidentes em testes de vida útil em longo prazo.
Largura do módulo da bateria [0086] Pode haver várias aplicações nas quais os elementos de energização biocompatíveis ou baterias da presente descrição podem ser usados. Em geral, o requisito de largura da bateria pode ser amplamente uma função da aplicação na qual ela é aplicada. Em um caso exemplificador, um sistema de bateria de lente de contato pode ter necessidades constritas para a especificação da largura de um componente da batería modular. Em alguns exemplos de um dispositivo oftálmico no qual o dispositivo tem uma função óptica variável alimentada por um componente de bateria, a porção óptica variável do dispositivo pode ocupar uma região esférica central de cerca de 7,0 mm de diâmetro. Os elementos de bateria exempiificadores podem ser considerados como um objeto tridimensional, que se encaixa como uma saia cônica anular em torno do elemento óptico central e formado como um anel cônico truncado. Se o diâmetro máximo necessário do elemento de inserção rígido for um diâmetro de 8,50 mm, e tangência a uma esfera de certo diâmetro puder ser pretendida (tal como, por exemplo, em um diâmetro de aproximadamente 8,40 mm), então a geometria pode ditar qual pode ser a largura permissível da bateria. Pode haver modelos geométricos que podem ser úteis para calcular as especificações desejáveis para a geometria resultante que, em alguns exemplos, pode ser chamada de um tronco cônico achatado em um setor de um anel.
[0087] A largura achatada da bateria pode ser direcionada por dois recursos do elemento de bateria, os componentes ativos da bateria e a largura de vedação. Em alguns exemplos relacionados aos dispositivos oftálmicos, uma espessura alvo pode ser entre 0,100 mm e 0,500 mm por lado, e os componentes ativos da bateria podem ser direcionados a aproximadamente 0,800 mm de largura. Outros dispositivos biomédicos podem ter diferentes restrições de design, mas os princípios para os elementos de bateria planos flexíveis podem se aplicar de forma similar.
Cavidades como elementos de design no design do componente da bateria [0088] Em alguns exemplos, os elementos de bateria podem ser projetados de formas tais que segmentam as regiões de química ativa de bateria. Pode haver várias vantagens a partir da divisão dos componentes ativos da bateria em segmentos distintos. Em um exemplo não limitador, a fabricação de elementos distintos e menores pode facilitar a produção dos elementos. A função dos elementos de bateria incluindo vários elementos menores pode ser aprimorada. Defeitos de vários tipos podem ser segmentados e elementos não funcionais podem ser isolados em alguns casos para reduzir a perda de função. Isto pode ser relevante em exemplos nos quais pode ocorrer perda de ele-trólitos da bateria. O isolamento de componentes individualizados pode permitir que um defeito que resulte em vazamento do eletrólito das regiões críticas da bateria limite a perda de função para aquele segmento pequeno do elemento de bateria total enquanto que a perda de eletrólito através do defeito podería esvaziar uma região significativamente maior no caso de baterias configuradas como uma única célula. Células menores podem resultar em menor volume de produtos químicos ativos da bateria em uma perspectiva total, mas a rede de material que circunda cada uma das células menores pode resultar em um reforço da estrutura como um todo.
Vedações internas dos elementos da bateria [0089] Em alguns exemplos de elementos de bateria para uso em dispositivos biomédicos, a ação química da bateria envolve agentes químicos aquosos, onde água ou umidade é um constituinte importante a ser controlado. Portanto, pode ser importante incorporar mecanismos de vedação que retardem ou impeçam o movimento da umidade para fora ou para dentro do corpo da bateria. As barreiras de umidade podem ser projetadas para manter o teor de umidade interno em um nível projetado, dentro de alguma tolerância. Em alguns exemplos, uma barreira à umidade pode ser dividida em duas seções ou componentes; especificamente, a embalagem e a vedação.
[0090] A embalagem pode se referir ao material principal do invó- lucro. Em alguns exemplos, a embalagem pode compreender um material volumoso. A taxa de transmissão de vapor d'água (WVTR) pode ser um indicador de desempenho, com padrões ISO, ASTM controlando o procedimento de teste, inclusive as condições ambientais operan-tes durante o teste. Idealmente, a WVTR para uma boa embalagem de batería pode ser "zero." Os materiais exemplificadores com uma WVTR próxima de zero podem ser vidro e laminados metálicos. Plásticos, por outro lado, podem ser inerentemente porosos à umidade e podem variar significativamente para diferentes tipos de plástico. Os materiais manipulados, laminados ou coextrusados podem ser geralmente híbridos dos materiais de embalagem comuns.
[0091] A vedação pode ser a interface entre duas das superfícies da embalagem. A conexão das superfícies de vedação finaliza o invólucro junto com a embalagem. Em muitos exemplos, a natureza dos designs da vedação pode torná-los de difícil caracterização para a WVTR da vedação devido à dificuldade em realizar medições usando um padrão ISO ou ASTM, já que o tamanho da amostra ou área superficial pode não ser compatível com estes procedimentos. Em alguns exemplos, uma maneira prática de testar a integridade da vedação pode ser um teste funcional do design real da vedação, para algumas condições definidas. O desempenho da vedação pode ser uma função do material de vedação, da espessura da vedação, do comprimento da vedação, da largura da vedação, e da adesão da vedação ou intimidade aos substratos da embalagem.
[0092] Em alguns exemplos, as vedações podem ser formadas por um processo de soldagem que pode envolver processamento térmico, a laser, solvente, atrito, ultrassônico, ou de arco. Em outros exemplos, as vedações podem ser formadas através do uso de selantes adesivos como colas, epóxis, acrílicos, borracha natural, e borracha sintética. Outros exemplos podem derivar da utilização de material de vedação que pode ser formado a partir de cortiça, borracha natural e sintética, poli(tetrafluoroetileno) (PTFE), polipropileno, e silicones, para mencionar alguns exemplos não limitadores.
[0093] Em alguns exemplos, as baterias de acordo com a presente invenção podem ser projetadas para ter uma vida de funcionamento especificada. A vida de funcionamento pode ser estimada pela determinação de uma quantidade prática de permeabilidade à umidade que pode ser obtida usando um sistema de batería específico e, então, estimando-se quando tal vazamento de umidade pode resultar em um final da condição de vida útil para a bateria. Por exemplo, se uma batería for armazenada em um ambiente molhado, então a diferença de pressão parcial entre o lado interno e o externo da bateria será mínimo, resultando em uma taxa de perda de umidade reduzida e, portanto, a vida útil da bateria pode ser estendida. A mesma bateria exempli-ficadora armazenada em um ambiente particularmente seco e quente pode ter um ciclo de vida previsível significativamente reduzido devido à forte função de acionamento para perda de umidade.
Separadores dos elementos da bateria [0094] As baterias do tipo descrito na presente invenção podem usar um material separador que separa fisicamente e eletricamente as porções de anodo e do coletor de corrente do anodo das porções de cátodo e coletor de corrente do cátodo. O separador pode ser uma membrana que é permeável à água e componentes de eletrólito dissolvidos; entretanto, ela pode ser tipicamente eletricamente não con-dutiva. Enquanto uma diversidade de materiais separadores comercialmente disponíveis pode ser conhecida dos versados na técnica, o novo fator de forma da presente revelação pode apresentar restrições únicas sobre a tarefa de seleção do separador, processamento e manuseio.
[0095] Uma vez que os designs da presente invenção podem ter perfis ultrafinos, a escolha pode ser limitada aos materiais separadores mais finos tipicamente disponíveis. Por exemplo, separadores de aproximadamente 25 mícrons de espessura podem ser desejáveis. Alguns exemplos que podem ser vantajosos podem possuir cerca de 12 mícrons de espessura. Pode haver vários separadores comerciais aceitáveis, incluindo monocamada microfibrilada de polietileno micro-poroso e/ou membranas separadoras de três camadas de polipropile-no-polietileno-polipropileno (PP/PE/PP) como aquelas produzidas pela Celgard (Charlotte, NC). Um exemplo desejável de material separador pode ser a membrana tricamada Celgard M824 PP/PE/PP que tem uma espessura de 12 mícrons. Exemplos de materiais separadores alternativos úteis para os exemplos da presente invenção podem incluir membranas separadoras compreendendo celulose regenerada (por exemplo, celofane).
[0096] Enquanto as membranas separadoras de tricamada de PP/PE/PP podem ter propriedades de espessura e mecânicas vantajosas devido ao seu caráter poliolefínico, elas podem, também, sofrer de inúmeras desvantagens que devem ser vencidas de modo a torná-las úteis nos exemplos da presente invenção. O estoque de cilindro ou folha dos materiais separadores de tricamada de PP/PE/PP pode ter várias rugas ou outros erros de forma que podem ser prejudiciais às tolerância em nível micrométrico aplicável às baterias aqui descritas. Além disso, separadores de poliolefina podem precisar ser cortados em tolerância ultraprecisa para inclusão nos presentes designs, o que pode, portanto, implicar em corte a laser como um método preferencial para formar coletores de corrente distintos em formatos desejáveis com tolerâncias justas. Devido ao caráter poliolefínico destes separadores, certos lasers de corte úteis para micro fabricação podem empregar comprimentos de onda de laser, por exemplo, 355 nm, que não irão cortar as poliolefinas. As poliolefinas não absorvem apreciável- mente a energia de laser e são, assim, não abláveis. Finalmente, os separadores de poliolefina podem não ser inerentemente molháveis em eletrólitos aquosos usados nas baterias aqui descritas.
[0097] Entretanto, pode haver métodos para superar estas limitações inerentes para membranas do tipo poliolefínico. De modo a apresentar uma membrana separadora microporosa a um laser de corte de alta precisão para cortar pedaços em segmentos de arco ou outros designs separadores vantajosos, a membrana pode precisar ser plana e livre de rugas. Se estas duas condições não forem satisfeitas, a membrana separadora pode não ser completamente cortada porque o feixe de corte pode ser inibido como resultado de desfocalização ou dispersão de outro modo da energia incidente do laser. Adicionalmente, se a membrana separadora não for plana e livre de rugas, a precisão de forma e as tolerâncias geométricas da membrana separadora podem não ser suficientemente obtidas. As tolerâncias permissíveis para os exemplos de separadores de corrente podem ser, de preferência, +0 mícron e -20 mícrons com relação aos comprimentos e/ou raios característicos. Pode haver vantagens para tolerâncias mais estreitas de +0 mícron e -10 mícrons e, adicionalmente, para tolerâncias de +0 mícron e -5 mícrons. O material de estoque do separador pode ser tornado plano e livre de rugas através da laminação temporária do material a um suporte de vidro flutuante com um líquido de baixa volatilidade adequado. Os líquidos de baixa volatilidade podem ser preferidos em relação à 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 livre de rugas em vidro flutuante usando um líquido é muito mais fácil do que usando um adesivo. Antes da laminação, a membrana separadora pode ser torna- da livre de particulados. Isto pode ser obtido por limpeza ultrassônica da membrana separadora para desalojar quaisquer particulados aderidos à superfície. Em alguns exemplos, o manuseio de uma membrana separadora pode ser feito em um ambiente com baixo teor de partículas adequado como uma capela de fluxo laminar ou uma sala limpa de pelo menos de classe 10.000. Além disso, o substrato vítreo flutuante pode ser tornado livre de particulados por enxágue com um solvente adequado, limpeza ultrassônica e/ou enxugamento com panos de limpeza limpos.
[0098] Embora uma ampla variedade de líquidos de baixa volatilidade possa ser usada para o propósito mecânico de laminação das membranas separadoras microporosas de poliolefina a um carreador de vidro flutuante, requisitos específicos podem ser impostos sobre o líquido para facilitar o corte a laser subsequente de formatos de separadores distintos. Um requisito pode ser que o líquido tenha uma tensão superficial suficientemente baixa para imersão nos poros do material separador, o que pode ser facilmente verificado por inspeção visual. Em alguns exemplos, o material separador muda de uma cor branca para uma aparência translúcida quando o líquido enche os micropo-ros do material. Pode ser desejável escolher um líquido que possa ser benigno e "seguro" para trabalhadores que ainda serão expostos às operações de preparação e corte do separador. Pode ser desejável escolher um líquido cuja pressão de vapor possa ser suficientemente baixa para que não ocorra evaporação apreciável durante a escala de tempo do processamento (da ordem de 1 dia). Finalmente, em alguns exemplos, o líquido pode ter energia de solvatação suficiente para dissolver absorventes de UV vantajosos que podem facilitar a operação de corte a laser. Em um exemplo, foi observado que uma solução a 12 por cento (p/p) de absorvente de UV de avobenzona em solvente de benzoato de benzila pode satisfazer as exigências anteriormente men- cionadas e pode levar a facilitar o corte a laser de separadores de po-liolefina com alta precisão e tolerância em curta ordem sem um número excessivo de passagens do feixe de laser de corte. Em alguns exemplos, os separadores podem ser cortados com um laser de estado sólido de 8 W 355 nm de nanossegundos bombeado por diodo usando esta abordagem na qual o laser pode ter configurações para baixa atenuação de energia (por exemplo, energia de 3 por cento), uma velocidade moderada de 1 a 10 mm/s, e apenas 1 a 3 passagens do feixe de laser. Embora tenha sido provado que esta composição oleosa absorvedora de UV é um auxiliar de processo de laminação e corte eficaz, outras formulações oleosas podem ser pretendidas pelos versados na técnica e usadas sem limitação.
[0099] Em alguns exemplos, um separador pode ser cortado enquanto fixado a um vidro flutuante. Uma vantagem dos separadores de corte a laser enquanto fixos a um carreador de vidro flutuante pode ser que uma densidade numérica muito alta de separadores pode ser cortada a partir de uma folha de estoque de separador; de forma muito semelhante, a matriz semicondutora pode ser densamente disposta em matriz sobre uma pastilha de silício. Tal abordagem pode proporcionar economia relativa a vantagens de processamento em paralelo e em escala inerentes nos processos com semicondutores. Além disso, a geração de membrana separadora de detritos pode ser minimizada. Uma vez que os separadores tenham sido cortados, o fluido auxiliar de processamento oleoso pode ser removido por uma série de etapas de extração com solventes miscíveis. A última extração pode ser feita com um solvente de alta volatilidade como álcool isopropílico, em alguns exemplos. Separadores distintos, uma vez extraídos, podem ser armazenados indefinidamente em qualquer ambiente com baixo teor de partículas adequado.
[00100] Conforme anteriormente mencionado, as membranas sepa- radoras de poliolefina podem ser inerentemente hidrofóbicas e podem precisar ser tornadas molháveis aos tensoativos aquosos usados nas baterias da presente invenção. Uma abordagem para tornar as membranas separadoras molháveis pode ser tratamento por plasma com oxigênio. Por exemplo, os separadores podem ser tratados durante 1 a 5 minutos em plasma com 100 % de oxigênio em uma ampla variedade de configurações de energia e taxas de fluxo de oxigênio. Embora esta abordagem possa aprimorar a umectação temporariamente, é sabido que modificações de superfície no plasma fornecem um efeito temporário que pode não durar o suficiente para o umedecimento robusto das soluções de eletrólito. Uma outra abordagem para aprimorar a umectação das membranas separadoras pode ser tratar a superfície pela incorporação de um tensoativo adequado sobre a membrana. Em alguns casos, o tensoativo pode ser usado em conjunto com um revestimento polimérico hidrofílico que permanece dentro dos poros da membrana separadora.
[00101] Uma outra abordagem para fornecer mais permanência à capacidade hidrofílica conferida por um tratamento por plasma oxidati-vo pode ser o tratamento subsequente com um organossilano hidrofílico adequado. Desta forma, o plasma de oxigênio pode ser usado para ativar e conferir grupos funcionais através de toda a área de superfície do separador microporoso. O organossilano pode, então, ser ligado covalentemente e/ou aderir não covalentemente à superfície tratada por plasma. Em exemplos que usam um organossilano, a porosida-de inerente do separador microporoso pode não ser apreciavelmente mudada, a cobertura de superfície da monocamada pode, também, ser possível e desejada. Os métodos da técnica anterior que incorporam tensoativos em conjunto com revestimentos poliméricos podem exigir controles estringentes 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 ficar bloqueados, afetando assim adversamente a utilidade do separador durante a operação da célula eletroquímica. Um organossilano exem-plificador útil na presente revelação pode ser o (3-aminopropil)trietoxissilano. Outros organossilanos hidrofílicos podem ser conhecidos daqueles versados na técnica e podem ser usados sem limitação.
[00102] Ainda outro método para a produção de membranas sepa-radoras molháveis por eletrólito aquoso pode ser a incorporação de um tensoativo adequado na formulação de eletrólito. Uma consideração na escolha do tensoativo para tornar as membranas separadoras molháveis pode ser o efeito que o tensoativo pode ter sobre a atividade de um ou mais eletrodos dentro da célula eletroquímica, por exemplo, mediante o aumento da impedância elétrica da célula. Em alguns casos, os tensoativos podem ter propriedades anticorrosão vantajosas, especificamente no caso de anodos de zinco em eletrólitos aquosos. O zinco pode ser um exemplo conhecido por ser submetido a uma reação lenta com água para liberar gás hidrogênio, que pode ser indesejável. Vários tensoativos podem ser conhecidos pelos versados na técnica para limitar as taxas da dita reação para níveis vantajosos. Em outros casos, o tensoativo pode interagir tão fortemente com a superfície do eletrodo de zinco que o desempenho da batería pode ser impedido. Consequentemente, pode ser necessário muito cuidado na seleção dos tipos de tensoativo adequados e níveis de carregamento para assegurar que a molhabilidade do separador possa ser obtida sem afetar prejudicialmente o desempenho eletroquímico da célula. Em alguns casos, uma pluralidade de tensoativos pode ser usada, um estando presente para conferir molhabilidade à membrana separadora e o outro estando presente para facilitar as propriedades anticorrosivas do anodo de zinco. Em um exemplo, nenhum tratamento hidrofílico é feito na membrana separadora e um tensoativo ou pluralidade de ten-soativos é adicionado à formulação de eletrólito em uma quantidade suficiente para realizar a molhabilidade da membrana separadora.
[00103] Separadores distintos podem ser integrados na microbate-ria laminar por colocação direta em uma cavidade, bolso, ou estrutura projetada dentro do conjunto. Desejavelmente, este bolso pode ser formado por um espaçador que tem um recorte que pode ser uma compensação geométrica do formato do separador. Além disso, o bolso pode ter uma saliência ou degrau sobre o qual o separador repousa durante a montagem. A dita saliência ou degrau pode opcionalmente incluir um adesivo sensível à pressão que retém o separador distinto. Vantajosamente, o adesivo sensível à pressão pode ser igual ao usado na construção e empilhamento de outros elementos de uma micro-bateria laminar exemplificadora.
Adesivo sensível à pressão [00104] Em alguns exemplos, a pluralidade de componentes compreendendo as microbaterias laminares da presente invenção pode ser mantida unida com um adesivo sensível à pressão (PSA) que também serve como um selante. Embora possa existir uma diversidade de formulações de adesivo sensível à pressão disponíveis para comercialização, estas formulações quase sempre incluem componentes que podem torná-las inadequadas para uso dentro de uma microbateria laminar biocompatível. Exemplos de componentes indesejáveis nos adesivos sensíveis à pressão podem incluir: componentes lixiviáveis de baixo peso molecular, antioxidantes, por exemplo, BHT e/ou MEHQ, óleos plasticizantes, impurezas, porções oxidativamente instáveis contendo, por exemplo, ligações químicas insaturadas, solventes residuais e/ou monômeros, fragmentos de iniciador de polimerização, acentuadores de pegajosidade polares, e similares.
[00105] Os PSAs adequados podem, por outro lado, exibir as se- guintes propriedades. Eles podem ser capazes de serem aplicados a componentes laminares para obter camadas finas da ordem de 2 a 20 mícrons. Além disso, eles podem conter um mínimo de, ou de preferência zero, componentes indesejáveis ou não biocompatíveis. Adicionalmente, eles podem ter propriedades adesivas e coesivas suficientes para unir os componentes da batería laminar. Além disso, eles podem ser capazes de fluir para os elementos em escala microscópica inerentes nos dispositivos da presente construção enquanto fornecem uma vedação robusta do eletrólito dentro da bateria. Em alguns exemplos de PSAs adequados, os PSAs podem ter uma baixa permeabilidade ao vapor d'água de modo a manter uma composição de eletrólito aquoso desejável dentro da bateria mesmo em situações em que a bateria possa ser submetida a extremos de umidade durante períodos prolongados de tempo. Os PSAs podem ter boa resistência química aos componentes de eletrólitos como ácidos, tensoativos e sais. Eles podem ser inertes aos efeitos da imersão em água. Os PSAs adequados podem ter uma baixa permeabilidade ao oxigênio para minimizar a taxa de oxidação direta, que pode ser uma forma de autodescarga de anodos de zinco. Além disso, eles podem facilitar uma permeabilidade finita ao gás hidrogênio, que pode ser lentamente gerado a partir dos anodos de zinco em eletrólitos aquosos. Esta propriedade de permeabilidade finita ao gás hidrogênio pode evitar o acúmulo de pressão interna.
[00106] Em consideração a estes requisitos, o poli-isobutileno (PIB) pode ser um material comercialmente disponível que pode ser formulado em composições de PSA que satisfazem muitos, se não todos os requisitos desejáveis. Além disso, o PIB pode ser um excelente selante de barreira com absorbância à água muito baixa e baixa permeabilidade ao oxigênio. Um exemplo de PIB útil nos exemplos da presente invenção pode ser Oppanol® B15 da BASF Corporation. Oppanol® Β15 pode ser dissolvido em solventes à base de hidrocarboneto como tolueno, dodecano, essências minerais, e similares. Uma composição de PSA exemplificadora pode incluir 30 por cento de Oppanol® B15 (p/p) em uma mistura de solventes incluindo 70 por cento (p/p) de tolueno e 30 por cento de dodecano. O adesivo e as propriedades reoló-gicas dos PSA's à base de PIB podem ser determinadas em alguns exemplos pela mistura de diferentes graus de massas moleculares de PIB. Uma abordagem comum pode ser usar a maior parte de PIB de baixa massa molar, por exemplo, Oppanol® B10 para afetar o umede-cimento, a adesão, e a aderência e usar uma menor parte de PIB de alta massa molar para afetar a robustez e a resistência ao fluxo. Consequentemente, misturas de qualquer quantidade de graus de massa molar de PIB podem ser vislumbradas e podem ser praticadas dentro do escopo da presente invenção. Além disso, acentuadores de pega-josidade podem ser adicionados à formulação de PSA contanto que as exigências anteriormente mencionadas possam ser satisfeitas. Devido a sua natureza, os acentuadores de pegajosidade conferem propriedades polares às formulações de PSA, então eles podem precisar ser usados com cautela para não afetar adversamente as propriedades de barreira do PSA. Além disso, acentuadores de pegajosidade podem, em alguns casos, ser oxidativamente instáveis e podem incluir um an-tioxidante, que podería ser lixiviado do PSA. Por estes motivos, os acentuadores de pegajosidade exemplificadores para uso em PSA's para microbaterias laminares biocompatíveis podem incluir acentuadores de pegajosidade de resina de hidrocarboneto completamente ou predominantemente hidrogenada como a série Regalrez de acentuadores de pegajosidade, obtida junto à Eastman Chemical Corporation. Considerações adicionais sobre a embalagem e o substrato em módulo de bateria biocompatíveis [00107] Pode haver várias considerações sobre a embalagem e o substrato que podem ditar as características desejáveis para os de-signs de embalagem usados nas microbaterias laminares biocompatí-veis. Por exemplo, a embalagem poder ser desejavelmente predominantemente à base de folha metálica e/ou filme, sendo que estas camadas de embalagem podem ser o mais delgadas possível, por exemplo, 10 a 50 mícrons. Adicionalmente, a embalagem pode fornecer uma barreira de difusão suficiente ao ganho ou perda de umidade durante a vida útil. Em muitos exemplos desejáveis, a embalagem pode fornecer uma barreira de difusão suficiente ao ingresso de oxigênio para limitar a degradação de anodos de zinco por oxidação direta.
[00108] Em alguns exemplos, a embalagem pode fornecer uma via de permeação finita ao gás hidrogênio que pode ser gerado devido à redução direta da água pelo zinco. Além disso, a embalagem pode conter e pode isolar desejavelmente suficientemente os conteúdos da batería, de modo que a exposição potencial a um usuário possa ser reduzida.
[00109] Na presente revelação, as construções de embalagem podem compreender os seguintes tipos de componentes funcionais; especificamente, camadas de embalagem de topo e de fundo, camadas de PSA, camadas espaçadoras, zonas de interconexão, portas de enchimento e embalagem secundária.
[00110] Em alguns exemplos, as camadas de embalagem de topo e de fundo podem compreender folhas metálicas ou filmes poliméricos. 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. Estas construções de filme podem ser chamadas de filmes laminados de barreira coextrusada. Um exemplo de um filme laminado de barreira coextrusada comercial de utilidade específica na presente invenção pode ser a camada de suporte 3M Scotchpak 1109 que consiste em uma rede carreadora de PET, uma camada de barreira de alumínio depositada por vapor e uma camada de polietileno compreendendo uma espessura do filme total média de 33 mícrons. Vários outros filmes de barreira multicamada similares podem estar disponíveis e podem ser usados em exemplos alternativos da presente invenção.
[00111] Nas construções de design compreendendo um PSA, a aspereza de superfície da camada de embalagem pode ser de importância particular, porque o PSA pode, também, precisar vedar faces opostas da camada de embalagem. A aspereza de superfície pode resultar dos processos de fabricação usados na produção de folha e filme, por exemplo, processos empregando laminação, extrusão, gofragem e/ou calandragem, dentre outros. Se a superfície for muito áspera, pode não ser possível aplicar o PSA em uma espessura uniforme quando a espessura desejada do PSA pode ser da ordem da aspereza de superfície Ra. Além disso, os PSA’s podem não vedar adequadamente contra uma face oposta se a face oposta tiver aspereza que pode ser da ordem da espessura da camada de PSA. Na presente revelação, os materiais embalagem tendo uma aspereza de superfície, Ra, menor que 10 mícrons podem ser exemplos aceitáveis. Em alguns exemplos, os valores de aspereza de superfície podem ser 5 de mícrons ou menos. E, em outros exemplos adicionais, a aspereza de superfície pode ser de 1 mícron ou menos. Os valores de aspereza de superfície podem ser medidos por uma variedade de métodos incluindo, mas não se limitando a técnicas de medição como interferometria de luz branca, perfilometria com estilete e similares. Pode haver muitos exemplos na técnica de metrologia de superfície de que a aspereza de superfície pode ser descrita por vários parâmetros alternativos e que os valores de aspereza de superfície média, Ra, discutidos na presente invenção podem ser entendidos como sendo representativos dos tipos de elementos inerentes nos processos de fabricação supracitados.
Coletores de corrente e eletrodos [00112] Em alguns exemplos de células de zincocarbono e Leclan-ché, o coletor de corrente do cátodo pode ser uma haste de carbono sinterizada. Este tipo de material pode enfrentar obstáculos técnicos no caso das células eletroquímicas delgadas da presente revelação. Em alguns exemplos, tintas de carvão impressas podem ser usadas em células eletroquímicas delgadas para substituir uma haste de carbono sinterizada para o coletor de corrente do cátodo, e, nestes exemplos, o dispositivo resultante pode ser formado sem prejuízo significativo à célula eletroquímica resultante. Tipicamente, as ditas tintas de carvão podem ser aplicadas diretamente aos materiais de embalagem que podem compreender filmes poliméricos, ou em alguns casos, laminados metálicos. Nos exemplos nos quais o filme de embalagem pode ser um laminado metálico, a tinta de carvão pode precisar proteger o laminado metálico subjacente de degradação química e/ou corrosão pelo eletrólito. Além disso, nestes exemplos, o coletor de corrente de tinta de carvão pode precisar fornecer condutividade elétrica a partir do interior da célula eletroquímica para o lado de fora da célula eletroquímica, implicando em vedação em torno ou através da tinta de carvão. Devido à natureza porosa das tintas de carvão, isto pode não ser facilmente executado sem desafios significativos. As tintas de carvão podem, também, ser aplicadas em camadas que têm espessura relativamente pequena e finita, por exemplo, 10 a 20 mícrons. Em um design de célula eletroquímica delgada no qual a espessura interna total da embalagem pode ser de apenas cerca de 100 a 150 mícrons, a espessura de uma camada de tinta de carvão pode assumir uma fração significativa do volume interno total da célula eletroquímica, afetando assim negativamente o desempenho elétrico da célula. Adicionalmente, a natureza delgada da batería como um todo e do coletor de corrente em particular pode implicar uma pequena área da seção transversal para o coletor de corrente. Como a resistência de um trilho aumenta com o comprimento do trilho e reduz com a seção transversal, pode haver uma compensação direta entre a espessura e a resistência do coletor de corrente. A resistividade de volume da tinta de carvão pode ser insuficiente para satisfazer o requisito de resistência de baterias finas. Pode também ser considerado que tintas enchidas com prata ou outros metais condutivos reduzem a resistência e/ou espessura, mas elas podem introduzir novos desafios como incompatibilidade com novos eletrólitos. Levando estes fatores em conta, em alguns exemplos pode ser desejável produzir as células eletroquímicas delgadas eficientes e de alto desempenho da presente descrição pelo uso de um laminado metálico fino como o coletor de corrente, ou aplicar um filme de metal fino a uma camada de embalagem de polímero subjacente para agir como o coletor de corrente. Estes laminados metálicos podem ter resistividade significativamente menor, permitindo assim que eles satisfaçam os requisitos de resistência elétrica com espessura muito menor do que as tintas de carvão impressas.
[00113] Em alguns exemplos, uma ou mais dentre as camadas de embalagem de topo e/ou fundo pode servir como um substrato para um metal ou pilha de metal de coletor de corrente pulverizado. Por exemplo, a camada de suporte 3M Scotchpak 1109 pode ser metaliza-da usando deposição física de vapor (PVD) de uma ou mais camadas metálicas úteis como um coletor de corrente para um cátodo. Exemplos de pilhas de metal úteis como coletores de corrente do cátodo podem ser camadas de adesão de Ti-W (titânio-tungstênio) e camadas condutoras de Ti (titânio). As pilhas de metal exemplificadoras úteis como coletores de corrente do anodo 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, de preferência, 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 bateria. Por exemplo, cobre pode ser galvanizado sobre uma camada semeadora para expandir uma camada espessa de condutor. Camadas adicionais podem ser depositadas sobre o cobre. Entretanto, o cobre pode ser eletroquimicamente incompatível com determinados eletrólitos, especialmente, na presença de zinco. Consequentemente, se o cobre for usado como uma camada na bateria, pode ser necessário que ele seja suficientemente isolado do eletrólito da bateria. Alternativamente, o cobre pode ser excluído ou outro metal pode ser substituído.
[00114] Em alguns outros exemplos, as folhas de embalagem de topo e/ou fundo podem, também, funcionar como coletores de corrente. Por exemplo, uma folha metálica de latão de 25 mícrons pode ser útil como um coletor de corrente do anodo para um anodo de zinco. A folha de latão pode ser, opcionalmente, galvanizada com índio antes da galvanoplastia com zinco. Em uma modalidade preferencial, as folhas de embalagem do coletor de corrente do cátodo podem compreender folha metálica de titânio, folha metálica Hastelloy C-276, folha metálica de cromo, e/ou folha metálica de tântalo. Em determinados designs, uma ou mais folhas metálicas de embalagem podem ser bloqueadas, gofradas, gravadas, texturizadas, usinadas a laser ou processadas de outro modo para fornecer forma, aspereza de superfície, e/ou geometria desejável à embalagem final da célula.
Anodo e inibidores de corrosão do anodo [00115] O anodo para a bateria laminar da presente invenção pode compreender, de preferência, zinco. Nas baterias de carbono e zinco tradicionais, um anodo de zinco pode assumir a forma física de uma lata na qual os conteúdos da célula eletroquímica podem estar contidos. Para a bateria da presente descrição, uma lata de zinco pode ser um exemplo, mas pode haver outras formas físicas de zinco que po- dem fornecer designs desejáveis de bateria ultrapequenos.
[00116] O zinco galvanizado pode ter exemplos de uso em inúmeras indústrias, por exemplo, para o revestimento protetor ou estético de peças de metal. Em alguns exemplos, o zinco galvanizado pode ser usado para formar anodos delgados e conformais úteis para as baterias da presente invenção. Além disso, o zinco galvanizado pode ser padronizado em configurações aparentemente infinitas, dependendo da intenção do design. Um meio fácil para padronizar o zinco galvanizado pode ser processamento com o uso de uma fotomáscara ou uma máscara física. Uma máscara de deposição pode ser fabricada por uma variedade de abordagens. Uma abordagem pode ser usando uma fotomáscara. Nestes exemplos, uma fotorresistência pode ser aplicada a um substrato condutivo, o substrato sobre o qual o zinco pode ser subsequentemente depositado. O padrão de deposição desejado pode ser então projetado para a fotorresistência através de uma fotomáscara, causando assim a cura de áreas selecionadas da fotorresistência. A fotorresistência não curada pode, então, ser removida com solvente e técnicas de limpeza adequadas. O resultado pode ser uma área padronizada de material condutivo que pode receber um tratamento de zinco galvanizado. Embora este método possa fornecer benefício ao formato ou design do zinco a ser depositado, a abordagem pode exigir o uso de materiais foto-padronizáveis disponíveis, que podem ter propriedades restritas para a construção da embalagem de célula como um todo. Consequentemente, métodos novos e inovadores para a padronização de zinco podem ser necessários para a execução de alguns designs das microbaterias finas da presente descrição.
[00117] Um meio alternativo de padronização de anodos de zinco pode ser através da aplicação de uma máscara física. Uma máscara física pode ser produzida pelo corte de aberturas desejáveis em um filme com as propriedades de barreira e/ou embalagem desejáveis.
Adicionalmente, o filme pode ter um adesivo sensível à pressão aplicado a um ou a ambos os lados. Finalmente, o filme pode ter revestimentos removíveis protetores aplicados a um ou a ambos os adesivos. O revestimento removível pode servir ao propósito duplo de proteger o adesivo durante o corte da abertura e proteger o adesivo durante etapas de processamento específicas de montagem da célula eletroquí-mica, especificamente a etapa de enchimento do cátodo, descrita na descrição a seguir. Em alguns exemplos, uma máscara de zinco pode compreender um filme de PET de aproximadamente 100 mícrons de espessura ao qual um adesivo sensível à pressão pode ser aplicado, em ambos os lados, em uma espessura de camada de aproximadamente 10 a 20 mícrons. Ambas as camadas de PSA podem ser cobertas por um filme removível de PET que pode ter um tratamento de superfície de baixa energia de superfície e pode ter uma espessura aproximada de 50 mícrons. Nestes exemplos, a máscara de zinco de multicamada pode compreender filme de PSA e PET. As construções de filmes de PET e máscara de zinco de PET/PSA, conforme descrito aqui, podem ser desejável mente processadas com equipamento de microusinagem a laser com precisão de nanossegundos, como uma estação de trabalho de microusinagem a laser Oxford Lasers E-Series, para criar aberturas ultraprecisas na máscara para facilitar a deposição. Essencialmente, quando a máscara de zinco tiver sido fabricada, um lado do revestimento removível pode ser removido, e a máscara com aberturas pode ser laminada ao coletor de corrente do anodo e/ou filme/laminado de embalagem no lado do anodo. Desta forma, o PSA cria uma vedação nas bordas internas das aberturas, facilitando o mascaramento limpo e preciso do zinco durante a galvanopiastia.
[00118] A máscara de zinco pode ser colocada e, então, a galvano-plastia de um ou mais materiais metálicos pode ser feita. Em alguns exemplos, o zinco pode ser galvanizado diretamente sobre um lamina- do do coletor de corrente do anodo eletroquimicamente compatível, como latão. Em exemplos de design alternativos onde a embalagem do lado do anodo compreende um filme polimérico ou filme polimérico multicamadas sobre o qual a metalização de semente foi aplicada, zinco, e/ou as soluções de deposição usadas para depositar o zinco, podem não ser quimicamente compatíveis com a metalização de semente subjacente. Manifestações de falta de compatibilidade podem incluir craqueamento de filme, corrosão, e/ou geração exacerbada de H2 mediante contato com o eletrólito da célula. Nesse caso, metais adicionais podem ser aplicados ao metal da semente para afetar melhor a compatibilidade química total no sistema. Um metal que pode ser particularmente usado nas construções de célula eletroquímica pode ser índio. O índio pode ser amplamente usado como um agente de formação de liga em zinco de grau de bateria com sua função primária sendo fornecer uma propriedade anticorrosão ao zinco na presença de eletrólito. Em alguns exemplos, o índio pode ser depositado de forma bem sucedida sobre várias metalizações de semente como Ti-W e Au. Os filmes resultantes de 1 a 3 mícrons de índio sobre as ditas camadas de metalização de semente podem ser de baixo estresse e aderentes. Desta forma, o filme de embalagem do lado do anodo e o coletor de corrente fixado tendo uma camada superior de índio pode ser conformável e durável. Em alguns exemplos, pode ser possível depositar zinco sobre uma superfície tratada com índio, o depósito resultante pode ser muito não uniforme e nodular. Este efeito pode ocorrer em configurações de densidade de corrente inferior, por exemplo, 20 am-peres por pé quadrado (ASF). Conforme visto sob um microscópio, pode-se observar que os nódulos de zinco se formam no depósito de índio liso subjacente. Em certos designs da célula eletroquímica, a tolerância de espaço vertical para a camada de anodo de zinco pode ser de até cerca de 5 a 10 mícrons no máximo, mas em alguns exemplos, menores densidades de corrente podem ser usadas para o depósito de zinco e os crescimentos nodulares resultantes podem crescer mais do que a tolerância vertical máxima do anodo. Os crescimentos nodulares de zinco podem surgir a partir de uma combinação entre o so-brepotencial alto do índio e a presença de uma camada de óxido de índio.
[00119] Em alguns exemplos, deposição de DC com densidade de corrente superior pode superar os crescimentos nodulares de zingo padrão relativamente grandes sobre superfícies de índio. Por exemplo, condições de deposição de 100 ASF podem resultar em zinco nodular, mas o tamanho dos nódulos de zinco pode ser drasticamente reduzido em comparação às condições de deposição de 20 ASF. Além disso, o número de nódulos pode ser muito maior sob condições de deposição de 100 ASF. O filme de zinco resultante pode, por fim, coalescer para uma camada mais ou menos uniforme com apenas algum elemento residual de crescimento nodular enquanto atinge a tolerância de espaço vertical de cerca de 5 a 10 mícrons.
[00120] Um benefício adicional do índio na célula eletroquímica pode ser a redução do gás hidrogênio, que pode ser um processo lento que ocorre em células eletroquímicas aquosas contendo zinco. O índio pode ser aplicado de maneira benéfica a um ou mais dentre o coletor de corrente do anodo, o anodo em si como um componente de formação de liga codepositado, ou como um revestimento de superfície sobre o zinco galvanizado. Para o último caso, os revestimentos da superfície de índio podem ser desejavelmente aplicados in-situ por meio de um aditivo de eletrólito como tricloreto de índio ou acetato de índio. Uma vez que estes aditivos podem ser adicionados ao eletrólito em pequenas concentrações, o índio pode se depositar espontaneamente sobre as superfícies de zinco expostas assim como porções do coletor de corrente do anodo exposto.
[00121] Os anodos de zinco e similares comumente usados em baterias primárias comerciais são tipicamente encontrados em formas de folha, bastão, e pasta. O anodo de uma bateria biocompatível em miniatura pode ter forma similar, por exemplo, folha metálica delgada, ou pode ser depositado conforme previamente mencionado. As propriedades deste anodo podem ser significativamente diferentes daquelas nas baterias existentes, por exemplo, por causa das diferenças nos contaminantes ou no acabamento da superfície atribuído aos processos de usinagem e deposição. Consequentemente, os eletrodos e ele-trólitos podem exigir manipulação especial para satisfazer os requisitos de capacidade, impedância e vida útil. Por exemplo, parâmetros de processo de deposição especiais, a composição do banho de deposição, tratamento de superfície e a composição dos eletrólitos podem ser necessários para otimizar o desempenho do eletrodo.
Mistura para cátodo [00122] Pode haver várias misturas para química de cátodo que podem ser compatíveis com os conceitos da presente revelação. Em alguns exemplos, uma mistura para cátodo, que pode ser um termo para uma formulação química usada para formar um cátodo de bateria, pode ser aplicada como uma pasta ou pasta aquosa e pode compreender dióxido de manganês, alguma forma de carvão condutor como negro de fumo ou grafita, e outros componentes opcionais. Em alguns exemplos, estes componentes opcionais podem compreender um ou mais dentre aglutinantes, sais de eletrólito, inibidores de corrosão, água ou outros solventes, tensoativos, modificadores de reologia, e outros aditivos condutivos como polímeros condutivos. Quando formulada e apropriadamente misturada, a mistura de cátodo pode ter uma reologia desejável que permite que ela seja dispensada sobre as porções desejadas do separador e/ou coletor de corrente do cátodo, ou espalhada através de uma tela ou estêncil de uma forma similar.
Em alguns exemplos, a mistura para cátodo pode ser seca antes das etapas posteriores de montagem da célula, enquanto em outros exemplos, o cátodo pode conter alguns ou todos dentre os componentes de eletrólito, e podem ser apenas parcialmente secos para um teor de umidade selecionado.
[00123] O dióxido de manganês que pode ser usado na mistura para cátodo pode ser, de preferência, dióxido de manganês eletrolítico (EMD) devido à capacidade de energia benéfica adicional que este tipo de dióxido de manganês fornece em relação a outras formas, como, dióxido de manganês natural ou dióxido de manganês químico. Além disso, o EMD útil nas baterias da presente invenção pode precisar ter um tamanho de partícula e uma distribuição de tamanho de partícula que pode ser propícia para a formação de pastas/pastas aquo-sas depositáveis ou imprimíveis de mistura para cátodo. Especificamente, o EMD pode ser processado para remover componentes parti-culados grandes e significativos que seriam considerados grandes em relação a outros elementos como as dimensões internas da batería, espessuras do separador, diâmetros da ponta dispensadora, tamanhos de abertura do estêncil ou tamanhos de trama da tela. Em alguns exemplos, o EMD pode ter um tamanho médio de partícula de 7 mí-crons com um teor de partículas grandes que pode conter particulados de até cerca de 70 mícrons. Em exemplos alternativos, o EMD pode ser peneirado, adicionalmente triturado, ou separado ou processado de outro modo para limitar o teor de particulados grande para abaixo de um certo limite, por exemplo, 25 mícrons ou menos. Um processo útil para a redução do tamanho de partícula de EMD pode ser moagem a jato pelo qual um particulado submicrométrico pode ser obtido. Outros processos úteis para a redução do tamanho de partículas grandes podem incluir moagem com esferas ou moagem com 3 esferas da pasta da mistura para cátodo antes do uso.
[00124] Um aspecto crítico da pasta de mistura para cátodo pode ser o aglutinante polimérico. O aglutinante pode servir para várias funções na pasta da mistura para cátodo. A função primária do aglutinante pode ser criar uma rede elétrica interpartículas suficiente entre as partículas de EMD e as partículas de carvão. Uma função secundária do aglutinante pode ser facilitar o contato elétrico ao coletor de corrente do cátodo. Uma terceira função do aglutinante pode ser influenciar as propriedades reológicas da pasta da mistura para cátodo para dis-pensação e/ou utilização vantajosa de estêncil/tela. Além disso, uma quarta função do aglutinante pode ser melhorar a captação de eletróii-tos e a distribuição dentro do cátodo. A escolha do polímero aglutinante assim como a quantidade específica a ser usada pode ser crítica para a função benéfica do cátodo na célula eletroquímica da presente descrição. Se o polímero aglutinante for muito solúvel no eletrólito a ser usado, então a função primária do aglutinante, a continuidade elétrica, pode ser drasticamente afetada até o ponto de não funcionalidade da célula. Ao contrário, se o polímero aglutinante for insolúvel no eletrólito a ser usado, porções de EMD podem ser isoladas ionicamen-te do eletrólito, resultando em desempenho da célula reduzido, tal como capacidade reduzida, menor tensão de circuito aberto, e/ou resistência interna aumentada. No final, a escolha do polímero aglutinante e da quantidade a ser usada pode ser um ato de equilíbrio cuidadoso que pode precisar ser determinado por experimentação cuidadosa, em alguns exemplos usando a abordagem de "design de experimentos". Exemplos de polímeros aglutinantes úteis para a presente revelação compreendem polivinilpirrolidona, poli-isobutileno, copolímeros de tri-bloco borrachosos compreendendo blocos de extremidade de estireno como aqueles produzidos pela Kraton Polymers, copolímeros em bloco de látex de estireno-butadieno, ácido poliacrílico, hidroxietilcelulose, carboximetilcelulose, dentre outros.
[00125] O cátodo pode compreender também dióxido de prata ou oxi-hidróxido de níquel, entre outros materiais candidatos. Estes materiais podem oferecer capacidade aumentada e menos redução na tensão carregada durante a descarga em relação ao dióxido de manganês, ambas sendo propriedades desejáveis em uma batería. Baterias com base nestes cátodos podem ter exemplos de corrente presentes na indústria e na literatura. Uma nova microbateria utilizando um cátodo de dióxido de prata pode incluir um eletrólito biocompatível, por exemplo, um compreendendo cloreto de zinco e/ou cloreto de amônio ao invés de hidróxido de potássio.
Arquitetura e fabricação da batería [00126] As tecnologias de arquitetura e de fabricação da batería podem ser intimamente interconectadas. Conforme foi discutido nas seções anteriores do relatório descritivo, uma batería tem os seguintes elementos: cátodo, anodo, separador, eletrólito, coletor de corrente do cátodo, coletor de corrente do anodo, e embalagem. Um design inteligente pode ser tentar combinar estes elementos em subconjuntos fáceis de serem fabricados. Em outros exemplos, um design otimizado pode ter componentes de uso duplo, tal como usando uma embalagem de metal que também possa agir como um coletor de corrente. A partir do ponto de vista do volume e espessura relativos, estes elementos podem ter quase todos do 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 que o anodo devido a diferenças significativas na densidade mecânica, densidade energética, eficiência de descarga, pureza do material, e a presença de aglutinantes, enchimentos, e agentes condutivos. Nestes exemplos, a escala relativa dos vários componentes pode ser aproximada nas seguintes espessuras dos elementos: Coletor de corrente do anodo = 1 pm; coletor de corrente do cátodo = 1 pm; eletrólito = líquido intersticial (eficazmente 0 pm); separador = o mais delgado ou espesso quanto desejado, onde a espessura máxima planejada pode ser de aproximadamente 15 pm; anodo = 5 pm; e cátodo = 50 pm. Para estes exemplos de elementos, a embalagem necessária para fornecer proteção suficiente para manter a química da batería em ambientes de uso pode ter uma espessura máxima planejada de aproximadamente 50 pm.
[00127] Em alguns exemplos, que podem ser fundamentalmente diferentes de construções grandes e prismáticas como formas cilíndricas ou retangulares e que podem ser diferentes da construção de estado sólido à base de pastilha, estes exemplos podem assumir uma construção semelhante à "bolsa", usando mantas ou folhas fabricadas em várias configurações, com os elementos da batería dispostos dentro. A contenção pode ter dois filmes ou um filme dobrado sobre o outro lado, e qualquer configuração destes pode formar duas superfícies aproximadamente planas, que podem ser então seladas no perímetro para formar um recipiente. Este fator de forma fino, porém largo, pode tornar os elementos de bateria finos e largos. Além disso, estes exemplos podem ser adequados para aplicação através de revestimento, impressão por gravura, impressão serigráfica, pulverização catódica, ou outra tecnologia de fabricação similar.
[00128] Pode haver várias disposições dos componentes internos, como o anodo, o separador e o cátodo, nestes exemplos de bateria "semelhante à bolsa" com fator de forma fino, porém largo. Dentro da região fechada formada pelos dois filmes, estes elementos básicos podem ser "coplanares", ou seja, lado a lado no mesmo plano ou "co-faciais", que podem estar face-a-face em planos opostos. Na disposição coplanar, o anodo, o separador e o cátodo podem ser depositados sobre a mesma superfície. Para a disposição cofacial, o anodo 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, ou depositado em um dos lados ou inserido como um elemento separado.
[00129] Um outro tipo do exemplo pode ser classificado como conjunto laminado, que pode envolver o uso de filmes, tanto em uma forma de manta ou folha, para construir uma batería camada por camada. As folhas podem ser unidas umas as outras usando adesivos, como adesivos sensíveis à pressão, adesivos ativados termicamente ou adesivos baseados em reações químicas. Em alguns exemplos, as folhas podem ser unidas por técnicas de soldagem como soldagem térmica, soldagem ultrassônica e similares. As folhas podem ser úteis para práticas industriais padrão como montagem rolo a rolo (R2R) ou folha a folha. Conforme indicado anteriormente, um volume interno para o cátodo pode precisar ser substancialmente maior que os outros elementos ativos na batería. Grande parte de uma construção da batería pode ter que criar o espaço deste material de cátodo, e sustentá-lo para evitar migração durante a flexão da batería. Uma outra porção da construção da batería que pode consumir uma parte significativa da espessura disponível pode ser o material separador. Em alguns exemplos, uma forma de folha do separador pode criar uma solução vantajosa para processamento de laminado. Em outros exemplos, o separador pode ser formado por dispensação de material de hidrogel em uma camada para agir como o separador.
[00130] Nestes exemplos de montagem de bateria laminada, o produto em formação pode ter uma lâmina de anodo, que pode ser uma combinação entre uma camada de embalagem e um coletor de corrente do anodo, assim como substrato para a camada de anodo. O produto em formação pode, também, ter uma lâmina espaçadora separado-ra opcional, uma lâmina espaçadora de cátodo e uma lâmina de cátodo. A lâmina de cátodo pode ser uma combinação entre uma camada de embalagem e uma camada de coletor de corrente do cátodo.
[00131] O contato íntimo entre os eletrodos e os coletores de cor- rente é de importância crítica para reduzir a impedância e aumentar a capacidade de descarga. Se porções do eletrodo são estiverem em contato com o coletor de corrente, a resistência pode aumentar uma vez que a condutividade se dá, então, através do eletrodo (tipicamente menos condutivo do que o coletor de corrente) ou uma porção do eletrodo pode se tornar totalmente desconectada. Em baterias de célula em formato de moeda e cilíndricas, a intimidade é feita com força mecânica para crimpar a lata, empacotar pasta em uma lata, ou através de meios similares. Arruelas onduladas ou molas similares são usadas em células comerciais para manter a força dentro da bateria; entretanto, eles poderíam aumentar a espessura total de uma bateria em miniatura. Em baterias de emplastro típicas, um separador pode ser saturado no eletrólito, colocado através dos eletrodos, e pressionado pela embalagem externa. Em uma bateria laminar cofacial, há vários métodos para aumentar a intimidade do eletrodo. O anodo pode ser depositado diretamente sobre o coletor de corrente ao invés de usar uma pasta. Este 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 de cátodo possa fornecer adesão e coesão, pressão mecânica pode ser necessária para garantir que a pasta de cátodo permaneça em contato com o coletor de corrente do cátodo. Isto pode ser especialmente importante já que a embalagem é dobrada e a bateria envelhece e descarrega, por exemplo, enquanto a umidade deixa a embalagem através de vedações finas e pequenas. A compressão do cátodo pode ser obtida na bateria laminar cofacial pela introdução de um separador e/ou eletrólito maleável entre o anodo e o cátodo. Um eletrólito em gel ou separador de hidrogel, por exemplo, pode comprimir o conjunto e não simplesmente sair da bateria como ocorrería com um eletrólito líquido. Quando a bateria é selada, o eletrólito e/ou o separador pode, então, empurrar o cátodo de volta. Uma etapa de gofragem pode ser feita após a montagem da pilha laminar, introduzindo compressão na pilha. Processamento ilustrado exemplificador de elementos de enerqização biocompatíveis - Separador colocado [00132] Um exemplo das etapas que podem estar envolvidas no processamento de elementos de energização biocompatíveis pode ser encontrado em consulta às figuras 4A a 4N. O processamento em algumas das etapas exemplificadoras pode ser encontrado nas figuras individuais. Na figura 4A, uma combinação entre o espaçador de cátodo de PET 401 e o espaçador com vão de PET 404 pode ser ilustrada. O espaçador de cátodo de PET 401 pode ser formado pela aplicação de filmes de PET 403 que, por exemplo, podem ter aproximadamente 0,08 milímetro (3 mils) de espessura. Em qualquer lado da camada de PET podem ser encontradas camadas de PSA ou elas podem ser terminadas com uma camada removível de fluoreto de polivinilideno (PVDF) 402 que pode ter aproximadamente 0,03 milímetro (1 mil) de espessura. O espaçador com vão de PET 404 pode ser formado de uma camada de PVDF 409 que pode ter aproximadamente 0,08 milímetro (3 mils) de espessura. Pode haver uma camada de terminação de PET 405 que pode ter aproximadamente 0,01 milímetro (0,5 mils) de espessura. Entre a camada de PVDF 409 e a camada de terminação de PET 405, em alguns exemplos, pode haver uma camada de PSA.
[00133] Seguindo para a figura 4B, um orifício 406 na camada es-paçadora com vão pode ser cortado por tratamento de corte a laser. A seguir, na figura 4C, a camada espaçadora com vão de PET cortada pode ser laminada 408 à camada do espaçador de cátodo de PET. Seguindo 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 aos elementos anteriormente corta- dos na camada de espaçador com vão de PET. Na figura 4E, uma camada de Celgard 412, para uma camada separadora final, pode ser unida a um suporte 411. Seguindo para a figura 4F, o material Celgard pode ser cortado para valores que estão entre o tamanho dos dois orifícios cortados a laser anteriores, aproximadamente o tamanho do orifício do espaçador com vão de PET, formando um separador pré-cortado 420. Procedendo à figura 4G, uma ferramenta de seleção e colocação 421 pode ser usada para selecionar e colocar pedaços distintos de Celgard nos seus locais desejados no dispositivo crescente. Na figura 4H, os pedaços colocados de Celgard 422 são presos no lugar e então a camada removível de PVDF 423 pode ser removida. Seguindo para a figura 4I, a estrutura do dispositivo crescente pode ser unida a um filme do anodo 425. O anodo pode ser composto de um filme coletor de anodo sobre o qual um filme de anodo de zinco foi galvanizado.
[00134] Seguindo para a figura 4J, uma pasta fluida para cátodo 430 pode ser colocada no vão formado. Um rodo 431 pode ser usado em alguns exemplos para espalhar a mistura para cátodo através de uma peça de trabalho e no processo encher os vãos dos dispositivos de bateria sendo formados. Após o enchimento, a camada removível de PVDF remanescente 432 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 uma pasta fluida para cátodo 440 para também estar na altura do topo da camada de PET. Seguindo para a figura 4M, uma camada de filme de cátodo 450, que pode já ter o filme coletor de cátodo sobre ela, pode ser unido à estrutura crescente. Em uma ilustração final na figura 4N um processo de corte a laser pode ser feito para remover as regiões laterais 460 e gerar um elemento de bateria 470. Pode haver várias alterações, deleções, alterações aos materiais e alvos de espessura que podem ser úteis dentro da intenção da presente revelação.
[00135] O resultado do processamento exemplificador pode ser mostrado em relativos detalhes na figura 5. Em um exemplo, os seguintes elementos de referência podem ser definidos. A química de cátodo 510 pode estar situada em contato com o cátodo e o coletor de cátodo 520. Uma camada de adesivo sensível à pressão 530 pode prender e vedar o coletor de cátodo 520 a uma camada espaçadora de PET 540. No outro lado da camada espaçadora de PET 540, pode haver outra camada de PSA 550, que veda e adere a camada espaçadora de PET 540 à camada com vão de PET 560. Uma outra camada de PSA 565 pode vedar e aderir a camada com vão de PET 560 às camadas de anodo e de coletor de corrente do anodo. Uma camada com deposição de zinco 570 pode ser depositada sobre o coletor de corrente do anodo 580. A camada separadora 590 pode estar situada dentro da estrutura para executar as funções associadas, conforme foi definido na presente revelação. Em alguns exemplos, um eletrólito pode ser adicionado durante o processamento do dispositivo, em outros exemplos, o separador pode já compreender um eletrólito.
Ilustração de processamento exemplificadora dos elementos de ener-gização biocompatíveis - separador depositado [00136] Um exemplo das etapas que podem estar envolvidas no processamento de elementos de energização biocompatíveis pode ser encontrado nas figuras 6A a 6H. O processamento em algumas das etapas exemplificadoras pode ser encontrado nas figuras individuais. Pode haver várias alterações, deleções, alterações aos materiais e alvos de espessura que podem ser úteis dentro da intenção da presente revelação.
[00137] Na figura 6A, uma construção laminar 600 pode ser ilustrada. A estrutura laminar pode ser composta de duas camadas removíveis de construção laminar 602 e 602a, uma camada em cada extre- midade; duas camadas adesivas de construção laminar 604 e 604a, localizadas entre as camadas removíveis 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. A camada removível de construção laminar 602 e 602a e as camadas adesivas 604 e 604a podem ser produzidas ou compradas, tal como uma fita de transferência de adesivo sensível à pressão disponível para comercialização com uma camada de revestimento primário. As camadas adesivas de construção laminar 604 podem ser uma camada de PVDF, que podem ter aproximadamente 1 a 3 milímetros de espessura e cobrir o núcleo da construção laminar 606. O núcleo da construção laminar 606 pode compreender uma resina de polímero termoplástico como politereftalato de etileno, que por exemplo, pode ter aproximadamente 3 milímetros de espessura. Seguindo para a figura 6B, um orifício para o bolso de cátodo 608 pode ser cortado na construção laminar por tratamento de corte a laser. Isto pode formar uma camada espa-çadora de cátodo.
[00138] A seguir, na figura 6C, a camada removível de construção laminar inferior 602 pode ser removida da construção laminar, expondo a camada adesiva de construção laminar 604. A camada adesiva de construção laminar 604 pode então ser usada para aderir uma folha metálica de conexão do anodo 610 para cobrir a abertura inferior do bolso do cátodo 608. Seguindo para a figura 6D, a folha metálica conexão do anodo 610 pode ser protegida na camada inferior exposta pela adesão de uma camada de mascaramento 612. A camada de mascaramento 612 pode ser uma fita de transferência de PSA disponível para comercialização com um revestimento primário. A seguir, na figura 6E, a folha metálica de conexão do anodo 610 pode ser galvanizada com metal coerente 614. Zinco, por exemplo, que reveste a seção exposta da folha metálica de conexão do anodo 610 dentro do bolso do cátodo. Seguindo para a figura 6F, a camada de mascara-mento de coleta elétrica do anodo 612 é removida do fundo da folha metálica de conexão do anodo 610 após a galvanoplastia. Em alguns exemplos a serem discutidos em uma seção posterior, materiais além de metais podem ser aplicados como revestimento na cavidade, tal como depósitos de grafita, grafita intercalada com metais ou camadas semicondutoras.
[00139] As figuras 7A a 7F podem ilustrar um modo alternativo de processamento das etapas metodológicas ilustradas nas figuras 6A a 6F. As figuras 7A a 7B podem ilustrar processos similares, conforme mostrado nas figuras 6A a 6B. A estrutura laminar pode compreender duas camadas removíveis de construção laminar 702 e 702a, uma camada em cada extremidade; duas camadas adesivas de construção laminar 704 e 704a, localizadas entre as camadas removíveis 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 construção laminar e as camadas adesivas podem ser produzidas ou compradas, tal como uma fita de transferência de adesivo sensível à pressão disponível para comercialização com uma camada de revestimento primário. As camadas adesivas de construção laminar podem ser uma camada de fluoreto de polivinilideno (PVDF), que podem ter aproximadamente 1 a 3 milímetros de espessura e cobrir o núcleo da construção laminar 706. O núcleo da construção laminar 706 pode compreender uma resina de polímero termoplástico como politereftalato de etileno, que por exemplo, pode ter aproximadamente 3 milímetros de espessura. Seguindo para a figura 7B, uma cavidade para o bolso de cátodo 708 pode ser cortada na construção laminar por tratamento de corte a laser. Na figura 7C, uma folha metálica de conexão do anodo 710 pode ser obtida e uma camada de mascaramento protetora 712 aplicada a um lado. A seguir, na figura 7D, a folha metálica de conexão do anodo 710 pode ser galvanizada com uma camada 714 de um metal coerente, por exemplo, zinco. Seguindo para a figura 7E, as construções laminares das figuras 7B e 7D podem ser combinadas para formar uma nova construção laminar, conforme representado na figura 7E pela adesão da figura 7B à camada galvanizada 714 da figura 7D. A camada removível 702a da figura 7B pode ser removida de modo a expor a camada adesiva 704a da figura 7B para aderência sobre a camada galvanizada 714 da figura 7D. Seguindo para a figura 7F, a camada de masca-ramento protetora do anodo 712 pode ser removida do fundo da folha metálica de conexão do anodo 710.
[00140] As figuras 8A a 8H podem ilustrar uma implementação de elementos de energização a uma estrutura laminar biocompatível, que, por vezes, é chamada de estrutura laminar ou uma estrutura laminada na presente invenção, de modo similar, por exemplo, às ilustradas nas figuras 6A a 6F e 7A a 7F. Seguindo para a figura 8A, uma mistura precursora separadora de hidrogel 820 pode ser depositada sobre a superfície da estrutura laminada. Em alguns exemplos, conforme mostrado, a mistura precursora separadora de hidrogel 820 pode ser aplicada sobre uma camada removível 802. A seguir, na figura 8B, a mistura precursora separadora de hidrogel 820 pode ser espalhada com rodo 850 no bolso do cátodo enquanto é removido por limpeza da camada removível 802. O termo "espalhado com rodo" pode se referir geralmente ao uso de uma planarização ou ferramenta de raspagem para esfregação pela superfície e para mover o material fluido sobre a superfície e dentro das cavidades, conforme elas existam. O processo de espalhamento com rodo pode ser feito por equipamento similar ao dispositivo de "rodo" vernacular ou, alternativamente, um dispositivo de planarização como bordas de faca, bordas de lâminas de corte e similares que podem ser produzidas a partir de vários materiais e po- dem ser quimicamente compatíveis com o material a ser movido.
[00141] O processamento mostrado na figura 8B pode ser feito várias vezes para assegurar o revestimento do bolso do cátodo e aumentar a espessura dos elementos resultantes. A seguir, na figura 8C, a mistura precursora separadora de hidrogel pode ser deixada secar de modo a evaporar os materiais, que podem, tipicamente, ser solventes ou diluentes de diversos tipos, a partir da mistura precursora separadora de hidrogel; a seguir, os materiais dispensados e aplicados podem ser curados. Pode ser possível repetir ambos os processos mostrados na figura 8B e na figura 8C em combinação em alguns exemplos. Em alguns exemplos, a mistura precursora separadora de hidrogel pode ser curada mediante a exposição ao calor enquanto, em outros exemplos, a cura pode ser feita mediante a exposição a uma energia de fóton. Em outros exemplos adicionais, a cura pode envolver exposição à energia de fóton e ao calor. Pode haver várias formas de curar a mistura precursora separadora de hidrogel.
[00142] O resultado da cura pode ser a formação do material precursor separador de hidrogel na parede do bolso do cátodo, assim como na região de superfície na proximidade de um elemento de ano-do ou cátodo que, no presente exemplo, pode ser um elemento de anodo. 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 formar um concentrado desidratado de mistura precursora polimerizada 822 que pode ser simplesmente considerada o separador da célula. Seguindo para a figura 8D, a pasta fluida para cátodo 830 pode ser depositada sobre a superfície da camada removível de construção laminar 802. A seguir, na figura 8E a pasta fluida para cátodo 830 pode ser espalhada com rodo em direção ao bolso do cátodo e sobre o concentrado desidratado de mistura precursora polimerizada 822. A pasta fluida para cátodo pode ser movida para seu local dese- jado na cavidade enquanto é simultaneamente removida por limpeza em grande extensão a partir da camada removível de construção laminar 802. O processo da figura 8E pode ser feito várias vezes para assegurar o revestimento da pasta fluida para cátodo 830 sobre o concentrado desidratado de mistura precursora polimerizada 822. A seguir, na figura 8F, a pasta fluida para cátodo pode ser deixada secar para formar um enchimento de cátodo isolado 832 sobre o concentrado desidratado de mistura precursora polimerizada 822, enchendo o restante do bolso do cátodo.
[00143] Seguindo para a figura 8G, uma formulação de eletrólitos 840 pode ser adicionada sobre o enchimento do cátodo isolado 832 e deixada para hidratar o enchimento de cátodo isolado 832 e o concentrado desidratado de mistura precursora polimerizada 822. A seguir, na figura 8H, uma folha metálica de conexão de cátodo 816 pode ser aderida à camada adesiva de construção laminar remanescente 804 pela remoção da camada removível de construção laminar remanescente 802 e pressão da folha metálica de conexão 816 no lugar. A colocação resultante pode resultar na cobertura do enchimento do cátodo hidratado 842 assim como no estabelecimento de contato elétrico ao enchimento do cátodo 842 como um meio coletor de corrente do cátodo e de conexão.
[00144] As figuras 9A a 9C podem ilustrar um exemplo alternativo da estrutura laminada resultante ilustrada na figura 7D. Na figura 9A, a folha metálica de conexão do anodo 710 pode ser obtida e uma camada de mascaramento protetora 712 aplicada a um lado. A folha metálica de conexão do anodo 710 pode ser folheada com uma camada 714 de metal coerente com, por exemplo, zinco, de uma forma similar à descrita nas figuras anteriores. Seguindo para a figura 9B, um separador de hidrogel 910 pode ser aplicado sem o uso do método de espa-Ihamento com rodo ilustrado na figura 8E. A mistura precursora sepa- radora de hidrogel podem ser aplicada de várias formas, por exemplo, um filme pré-formado da mistura pode ser aderido por aderência física, e alternativamente, uma mistura diluída da mistura precursora separa-dora de hidrogel pode ser dispensada e, então, ajustada para uma espessura desejada pelo processamento de revestimento por rotação. Aiternativamente, o material pode ser aplicado por revestimento por aspersão, ou qualquer outro equivalente de processamento.
[00145] A seguir, na figura 9C, o processamento é mostrado para criar um segmento do separador de hidrogel que pode funcionar como uma contenção 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. Tal elemento de bloqueio 920 de diversos tipos pode ser, portanto, formado. O elemento de bloqueio, em alguns exemplos, pode corresponder a uma região altamente reticulada da camada separadora, conforme pode ser formado em alguns exemplos pelo aumento da exposição à energia de fóton na região desejada do elemento de bloqueio 920. Em outros exemplos, os materiais podem ser adicionados ao material separador de hidrogel antes de ele ser curado para criar porções regionalmente diferenciadas que, por cura, se tornam o elemento de bloqueio 920. Em outros exemplos adicionais, regiões do material separador de hidrogel podem ser removidas antes ou após a cura por várias técnicas, incluindo, por exemplo, desbaste químico da camada com mascaramento para definir a extensão regional. A região de material removido pode criar um elemento de bloqueio por si mesmo ou alternativamente, substancialmente, pode ser adicionada de volta no espaço vazio para criar um elemento de bloqueio. O processamento do segmento impermeável pode ocorrer através de vários métodos incluindo, mas não se limitando a: processamento de image-amento, reticulação aumentada, fotodosagem pesada, retroenchimen- to ou omissão da aderência do hidrogel para criar um espaço vazio. Em alguns exemplos, uma construção ou estrutura laminada do tipo mostrado como o resultado do processamento na figura 9C pode ser formada sem o elemento de bloqueio 920.
Separadores polimerizados do elemento de bateria [00146] Em alguns designs de bateria, o uso de um separador discreto (conforme descrito em uma seção anterior) pode ser impedido devido a uma variedade de motivos, como o custo, a disponibilidade de materiais, a qualidade dos materiais, ou a complexidade do processamento para algumas opções de material como exemplos não limitadores. Em tais casos, um separador de moldagem ou formação local que pode ter sido mostrado nos processos das figuras 8A a 8H, por exemplo, pode fornecer benefícios desejáveis. Embora o amido ou separadores em pasta tenham sido usados comercialmente com sucesso em pilhas AA e outros formatos de baterias de Leclanché ou de carbono e zinco, estes separadores podem ser inadequados em algumas formas para uso em certos exemplos de microbaterias laminares. Atenção particular pode precisar ser dada à uniformidade e consistência da geometria para qualquer separador usado nas baterias da presente descrição. O controle preciso sobre o volume do separador pode ser necessário para facilitar a incorporação precisa subsequente de volumes de cátodo conhecidos e a subsequente obtenção de capacidades de descarga e desempenho da célula consistentes.
[00147] Um método para se obter um separador de formação local uniforme e mecanicamente robusto pode ser usar formulações de hidrogel curáveis por UV. Várias formulações de hidrogel permeáveis à água podem ser conhecidas em várias indústrias, por exemplo, a indústria de lentes de contato. Um exemplo de um hidrogel comum na indústria de lente de contato pode ser gel reticulado de poli (hidróxi-etil metacrilato), ou simplesmente pHEMA. Para várias aplicações da pre- sente descrição, pHEMA pode possuir muitas propriedades atraentes para uso em baterias de Leclanché e zinco e carbono. O pHEMA pode tipicamente manter um conteúdo 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 mais. Além disso, as propriedades de módulo e de conteúdo de água dos hidrogéis reticulados pode ser ajustada pelo elemento versado na técnica pela incorporação de componentes hidrofílicos monoméricos (por exemplo, ácido metacríli-co) ou poliméricos (por exemplo, polivinilpirrolidona) adicionais. Desta forma, o conteúdo de água, ou, mais especificamente, a permeabilidade iônica do hidrogel pode ser ajustada pela formulação.
[00148] De vantagem particular em alguns exemplos, uma formulação de hidrogel moldável e polimerizável pode conter um ou mais dilu-entes para facilitar o processamento. O diluente pode ser escolhido para ser volátil, de modo que a mistura moldável possa ser espalhada com rodo em uma cavidade, e, então, deixada por 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 fornecer uma viscosidade de aplicação desejável de modo a facilitar a moldagem de uma camada uniforme de material polimerizável na cavidade. O diluente volátil pode, também, fornecer efeitos benéficos de redução da tensão superficial, particularmente no caso em que monômeros fortemente polares são incorporados na formulação. Um outro aspecto que pode ser importante para obter a moldagem de uma camada uniforme de material polimerizável na cavidade pode ser a viscosidade da aplicação. Os monômeros reativos de massa molar pequena comuns tipicamente não têm viscosidades muito altas, que pode ser tipicamente de apenas alguns centipoise. Em um esforço para fornecer controle benéfico da viscosidade do material separador moidável e polimerizável, um componente polimérico de alta massa molar conhecido por ser compatível com o material polimerizável pode ser selecionado para incorporação na formulação. Exemplos de polímeros de alta massa molar que podem ser adequados à incorporação em formulações exemplificadoras podem incluir polivinilpirrolidona e óxido de polietileno.
[00149] Em alguns exemplos, o separador moidável e polimerizável pode ser vantajosa mente aplicado em uma cavidade projetada, conforme anteriormente descrito. Em exemplos alternativos, pode não haver cavidade no momento da polimerização. Em vez disso, uma formulação de separador moidável e polimerizável pode ser aplicada como revestimento sobre um substrato contendo o eletrodo, por exemplo, latão folheado com zinco padronizado, e, então, subsequentemente exposto à radiação actínica usando uma fotomáscara para polimerizar seletivamente o material separador nas áreas pretendidas. O material separador não reagido pode, então, ser removido mediante a exposição a solventes de enxágue adequados. Nestes exemplos, o material separador pode ser designado como um separador fotopadronizável. Exemplo de batería primária [00150] Em alguns exemplos do processamento de elementos de energização biocompatíveis com separadores depositados, uma batería primária pode ser formada. Uma bateria primária típica pode ser caracterizada por sua propriedade de uso único. Em um exemplo compatível com o processamento laminar, uma bateria pode ser formada com as seguintes características e elementos, conforme apresentado na tabela abaixo. 00151] Pode haver várias formulações de química de cátodo que podem ser compatíveis com esta invenção. Como um exemplo não limitador, uma formulação pode compreender dióxido de manganês eletrolítico em uma mistura de grafita. Em um exemplo, uma mistura em pó pode ser formada pela mistura de dióxido de manganês eletrolítico triturado a jato (JMEMD) e grafita KS6, conforme disponível junto à Timcal (TIMCAL TIMREX® KS6 Primary Synthetic Graphite) em uma razão em peso de 80 por cento de JMEMD para 20 por cento de KS6. A mistura pode ser feita de várias formas. Por exemplo, o JMEMD e o KS6 podem ser misturados por moagem dos dois pós durante um período prolongado da ordem de minutos até horas. Em alguns exemplos, a mistura em pó resultante pode ser misturada com uma solução de 10 por cento de poli-isobutileno (PIB) em tolueno. A solução a 10 por cento de PIB pode ser formada a partir de poli-isobutileno grau B50 misturado com tolueno em aproximadamente 10 partes de PIB B50 para 90 partes de formulação de tolueno, em peso. O PIB a 10 por cento pode ser misturado com uma quantidade adicional de tolueno e com o pó de JMEMD/K6 para formular uma pasta fluida para processamento do cátodo. Esta mistura destes materiais pode começar com aproximadamente 1,5 parte de solução de PIB B50/tolueno. A isto, aproximadamente 2,3 partes de tolueno podem ser adicionadas. A mistura pode ser completada com 4,9 partes de pó de JMEMD/KS6. Isto pode resultar em uma mistura que é aproximadamente 1,7 por cento de PIB, 45 por cento de JMEMD, 11 por cento de KS6, e o restante, tolueno. A mistura pode ocorrer até uma pasta fluida aquosa com uma consistência similar a uma pasta ser formada. A quantidade de solvente (tolueno em um exemplo) no sistema pode ser variada para afetar as características da pasta fluida formada, e em outros exemplos, a quantidade relativa de PIB B50 na pasta aquosa pode ser variada a partir do exemplo.
[00152] Continuando com o exemplo de batería primária, um separador de hidrogel pode ser formado da forma discutida nesta revelação a partir de uma mistura precursora. Em um exemplo, uma mistura precursora pode ser formada por mistura de metacrilato de hidróxi-etila (HEMA) com dimetilacrilato de etilenoglicol (EGDMA) e com polivinil-pirrolidona (PVP). Pode haver outros constituintes adicionados à mistura, como fotoiniciadores. Um fotoiniciador exemplificador pode ser óxido de fenilbis (2,4,6-trimetil benzoil)-fosfina, que pode estar disponível em formulações comerciais incluindo Irgacure® 819, que pode também ser chamado na presente invenção de "CGI 819". Pode também haver vários solventes que podem ser usados em diferentes quantidades para se obter a reologia desejada da mistura. Em um exemplo não limitador, 2-propanol pode ser usado como um solvente adequado.
[00153] Muitas das discussões gerais sobre elementos de dispositivos de energização biocompatíveis, como o cátodo e a pasta fluida para cátodo, têm exemplos relacionados a elementos da bateria primária, e pode-se esperar que as variações e exemplos para estes vários elementos compreendam outros exemplos de elementos de bateria primária para o presente relatório descritivo.
[00154] Em alguns exemplos, o anodo de zinco pode ser formado por eletrodeposição do zinco sobre o material do coletor de corrente do anodo. Em outros exemplos, conforme discutido, a eletrodeposição pode ocorrer através da estrutura laminada apenas às porções expostas do material coletor de corrente do anodo. Pode haver várias formas de depositar os materiais de anodo, por exemplo, laminação ou camada de revestimento de metal; e outros sistemas de batería podem empregar outras espécies químicas diferentes de zinco, como prata, como um exemplo não limitador.
[00155] A batería pode incluir diversos tipos de formulações de ele-trólito. As soluções de básicas de hidróxido podem estar incluídas no eletrólito. Entretanto, em alguns exemplos de baterias biocompatíveis, formulações de eletrólito menos básicas podem ser usadas. Os eletró-litos para uso na presente invenção podem incluir cloreto de zinco, acetato de zinco, acetato de amônio, cloreto de amônio e sais similares em concentrações de massa de aproximadamente 0,1 por cento a 30 por cento. Além disso, tensoativos podem ser adicionados à formulação de eletrólitos, por exemplo, para melhorar o umedecimento ou reduzir a corrosão. Os tensoativos exemplificadores podem incluir Tri-ton® X-100, Triton® QS44 e Dowfax® 3B2 em concentrações de 0,01 por cento a 2 por cento. Como um exemplo, Triton™ X-100 pode ser adicionado à solução de cloreto de zinco e cloreto de amônio. Um exemplo de uma formulação de eletrólito pode ser: 20% de cloreto de zinco, 500 ppm de Triton® QS-44, 200 ppm de íon índio +3 fornecido como acetato de índio e o restante de água.
Exemplos de baterias secundárias [00156] A estrutura e os processos de fabricação que foram descritos na presente revelação podem ser úteis, em geral, para a produção de baterias secundárias. Pode haver várias considerações relacionadas aos elementos da bateria secundária que podem ser diferentes das considerações feitas para os elementos primários. O processo de recarga para um elemento de bateria pode resultar em inchaço e encolhimento dos componentes da bateria e, portanto, as dimensões dos elementos e camadas de contenção, assim como a composição da bateria pode ser ajustada em algumas modalidades. O uso das cama- das de polímero gelificadas para os eletrólitos pode proporcionar uma camada que pode absorver alguns dos aspectos de inchaço e encolhimento enquanto íons do eletrodo são movidos em torno do dispositivo durante os ciclos de carga e, subsequentemente, durante os ciclos de descarga. Conforme mencionado em algumas das discussões anteriores, é possível, sob certas circunstâncias que gases também sejam emitidos nos dispositivos de energização. Pode haver vários meios estruturais para acomodar o acúmulo de gás no dispositivo, incluindo a capacidade de o gás se difundir para fora do dispositivo assim como a capacidade de as camadas de polímero gelificadas acomodarem uma parte da expansão do volume pela criação de gás.
[00157] Nas baterias secundárias, as camadas de anodo e cátodo podem trocar de designação caso o dispositivo esteja carregando ou descarregando, e podem ser consideradas como o primeiro e o segundo eletrodos. Portanto, pode ser útil se referir ao anodo e ao cátodo com relação a se a célula da batería está sendo carregada, de modo que ela pode ser considerada uma célula eletrolítica ou se ela está sendo descarregada, de modo que ela pode ser considerada uma célula galvânica. Portanto, quando chamada de cátodo da célula galvâni-ca, a primeira estrutura do eletrodo iria funcionar para aceitar espontaneamente elétrons a partir de um circuito conectado externamente. Além disso, o cátodo da célula eletrolítica é fisicamente o segundo eletrodo na batería secundária que aceita elétrons a partir de um elemento de carregamento externo.
[00158] Embora em alguns exemplos a classe de baterias que usa eletrodos de dióxido de manganês e zinco possa funcionar como baterias secundárias, há muitos outros exemplos comuns de baterias secundárias. Em uma classe comum de baterias secundárias, íons de lítio podem compreender a espécie química de armazenamento de energia. Pode haver várias formas de formar eletrodos em baterias de íons de lítio. No tipo dos dispositivos de acordo com a presente invenção, pode haver vários compostos de lítio intercalados que poderíam estar presentes no anodo da célula galvânica. Por exemplo, a pasta fluida para o cátodo pode incluir óxido de cobalto, manganês, níquel e lítio, óxido de lítio e manganês, e fosfato de lítio e ferro, entre outros.
[00159] O segundo eletrodo pode ser o anodo da célula galvânica e, em alguns exemplos, pode ser formado de ou revestido com grafita ou outras formas de carbono. Em outros exemplos, várias formas de silício depositado podem ser usadas. De forma similar à galvanoplastia de zinco discutida com relação às baterias primárias, silício pode ser galvanizado em regiões ou em uma camada plana através do substrato. O silício galvanizado pode ser formado sobre a camada contato de metal do coletor de corrente que pode ter revestimentos de superfície de platina, titânio ou uma camada fina de silício em alguns exemplos. A deposição do material do eletrodo pode ocorrer em meios não aquo-sos compreendendo SiCI4, SiHCL3, SiBr4, Si(Ch2Ch3)4, ou Si(OOCCH3)4 como exemplos não limitadores. Em outros exemplos, camadas de grafita ou silício podem ser depositadas por bombardeio de íons à superfície do coletor de corrente para formar a região do segundo eletrodo de uma forma similar àquela mostrada na figura 7D.
[00160] Os eletrodos podem ser formados sobre folhas de metal de formas compatíveis com as discussões anteriores relacionadas ao processamento do laminado. Estes eletrodos e folhas de metal podem formar a camada de base, isto é, debaixo das camadas de laminado que formam a cavidade. Além disso, o outro coletor de corrente pode ser usado para cobrir a estrutura laminada após o cátodo ter sido formado e a célula ter sido enchida com eletrólito.
[00161] Para formar soluções de eletrólito, sais de lítio podem, tipicamente, ser dissolvidos em sistemas de solvente não aquoso. Portanto, estes sistemas de solvente não aquoso podem interagir com as vá- rias camadas adesivas de diferentes formas e já que a integridade das vedações nos dispositivos de batería pode ser importante, pode haver alterações na escolha dos sistemas adesivos que podem ser necessários dependendo do uso de solventes não aquosos. As formas gelifi-cadas de eletrólitos poliméricos são conhecidas em dispositivos poli-méricos de lítio incorporando eletrólitos poliméricos. Os métodos para a formação dos separadores começando com enchimento de uma cavidade com precursor líquido podem ser feitos para estes tipos de baterias secundárias onde um separador polimerizado pode ser formada a partir de polímeros como PVDF ou poli(acrilonitrila). Em alguns exemplos, pode ser possível usar precursores que formam hidrogel, onde o polímero é gelificado com sais convencionais compatíveis com células de lítio. Por exemplo, em um exemplo não limitador, um precursor de separador pode ser misturado com hexafluorofosfato de lítio em solventes não aquosos como carbonato de etileno, carbonato de dimetila e carbonato de dietila como exemplos não limitadores. A camada gelificada resultante pode ser formada com solvente em excesso para permitir retração, como foi descrito em relação ao processamento do precursor de hidrogel.
[00162] Em um exemplo não limitador específico, uma estrutura laminada baseada em cavidade pode ser formada, tal como foi descrito na discussão anterior sobre o processamento do laminado, em que a camada inferior pode ser o coletor de corrente sobre a qual uma camada de grafita ou silício foi ligada. As camadas laminadas que se ligam ao coletor de corrente podem ter as cavidades formadas nelas, conforme foi descrito. Em um exemplo não limitador, uma solução de fundição pode ser formada pela mistura de uma razão de aproximadamente dois para um de poli(fluoreto de vinilideno) (PVDF) e po-li(dimetilsiloxano) (PDMS) em uma mistura de solventes compreendendo N-N dimetil acetamida (DMAc) e glicerol. A razão entre DMAc e glicerol pode ser variada e pode afetar características como a porosi-dade da camada separadora resultante. Um excesso da mistura de solventes pode ser usada para permitir a retração da camada resultante na cavidade para formar uma camada separadora fina. Em alguns exemplos, especialmente para altos teores de solvente, o sistema adesivo para a estrutura laminada pode ser alterado para otimizar a consistência com o sistema solvente DMAc-glicerol. Após processamento com rodo da solução de fundição nas cavidades definidas, a estrutura resultante pode ser seca à temperatura ambiente ou temperatura elevada por algum período de tempo. Outras formas de dispen-sação da solução de fundição podem ser compatíveis com os processos aqui descritos. Posteriormente, a estrutura pode ser imersa em um banho-maria à temperatura ambiente durante 20 a 40 horas para permitir ao glicerol se dissolver da camada separadora e resultar em uma camada com uma porosidade desejada. A estrutura resultante pode, então, ser seca em um ambiente a vácuo ao longo de um período de 20 a 40 horas.
[00163] Em alguns exemplos, a camada separadora resultante pode ser tratada com exposição a uma solução de eletrólitos. Em um exemplo não limitador, uma solução de 1-molar de hexafluorofosfato de lítio em uma mistura a aproximadamente 1/1/1 de carbonato de eti-leno (EC)/carbonato de dimetila (DMC) e carbonato de etil metila (EMC) pode ser formada e dispensada na cavidade. Em alguns outros exemplos, exposição ao eletrólito pode ocorrer após o cátodo ser formado na cavidade.
[00164] Em um tipo diferente do exemplo, a estrutura laminada pode ser criada da forma mostrada com referência às figuras 4A a 4N Um separador, como um filme de Celgard, pode ser cortado no tamanho de um elemento em uma camada espaçadora com vão e, então, colocado na estrutura laminada, ao invés de ser depositado na cavida- de. O separador colocado pode, também, ser tratado com uma exposição a um eletrólito antes de processamento adicional com uma "pasta fluida para cátodo".
[00165] A estrutura resultante pode agora estar pronta para receber um tratamento com a pasta fluida para cátodo. Várias pastas fluidas para cátodo, compreendendo diferentes tipos de compostos de lítio, podem ser usadas; entretanto, outros tipos químicos além do lítio podem ser possíveis. Em um exemplo não limitador, uma pasta fluida à base de fosfato de lítio e ferro (LiFeP04) pode ser usada. Em alguns exemplos, a pasta aquosa de fosfato de lítio e ferro pode ser formada primeiro por misturar a carboximetilcelulose de sódio em água deioni-zada. À mistura resultante, um pó compreendendo fosfato de lítio e ferro e agentes condutivos como grafite sintético e negro de fumo pode, então, ser adicionada e misturada vigorosamente. A seguir, uma pasta aquosa adicionalmente refinada pode ser formada pela adição de borracha de estireno butadieno e mistura vigorosa. A pasta aquosa pode, então, ser processada na estrutura da cavidade das formas descritas na presente revelação, como através do uso de um processo com rodo. A reologia da pasta aquosa pode ser ajustada para otimizar a integridade do processo de enchimento com rodo, por exemplo, pela adição ou remoção de solvente ou pelo ajuste da quantidade relativa da borracha de estireno butadieno adicionada. A estrutura preenchida resultante pode, então, ser seca em um ambiente a vácuo ao longo de um período de 20 a 40 horas.
[00166] Em alguns exemplos, as camadas separadoras e de cátodo resultantes podem ser tratadas com exposição a uma solução de ele-trólitos. Em um exemplo não limitador, uma solução de 1-molar de he-xafluorofosfato de lítio em uma mistura a aproximadamente 1/1/1 de carbonato de etileno (EC)/carbonato de dimetila (DMC) e carbonato de etil metila (EMC) pode ser formada e dispensada na cavidade. Em al- guns exemplos, o eletrólito pode ser adicionado ao cátodo com a ajuda de tratamento por pressão ou tratamento a vácuo para acentuar a difusão da mistura de eletrólitos nas camadas.
[00167] A segunda camada de coletor de corrente pode ser fixada à estrutura laminada após a remoção de uma camada removível da estrutura laminada. O coletor de corrente aderido pode entrar em contato com a pasta aquosa depositada e fornecer contato elétrico entre o coletor de corrente em metal e o eletrólito infundido no cátodo resultando em uma estrutura de bateria.
[00168] Os dispositivos biocompatíveis podem ser, por exemplo, dispositivos eletrônicos implantáveis, como marca-passos e micro coletores de energia, pílulas eletrônicas para monitorar e/ou testar uma função biológica, dispositivos cirúrgicos com componentes ativos, dispositivos oftálmicos, bombas microdimensionadas, desfibriladores, stents e similares.
[00169] Foram descritos exemplos específicos para ilustrar as modalidades para a formação, métodos de formação e aparelho de formação dos elementos de energização biocompatíveis compreendendo os separadores. Esses exemplos têm o propósito de ilustrar e não se destinam a limitar o escopo das reivindicações de qualquer maneira. Consequentemente, a descrição tem como intenção englobar todas as modalidades que podem ser evidentes aos versados na técnica.
REIVINDICAÇÕES

Claims (31)

1. Elemento de energização biocompatível, caracterizado por compreender: uma camada espaçadora com vão; um primeiro orifício localizado na camada espaçadora com vão; uma camada espaçadora de cátodo, em que a camada espaçadora de cátodo é fixada à camada espaçadora com vão; um segundo orifício localizado na camada espaçadora de cátodo, em que o segundo orifício está alinhado com o primeiro orifício, e em que o segundo orifício é menor que o primeiro orifício de modo que quando o primeiro orifício e o segundo orifício estão alinhados, há uma reentrância da camada espaçadora de cátodo exposta no primeiro orifício; uma camada separadora, em que a camada separadora é colocada dentro do primeiro orifício na camada espaçadora com vão e é aderida à reentrância da camada espaçadora de cátodo; uma cavidade entre os lados do segundo orifício e uma primeira superfície da camada separadora, em que a cavidade é enchida com produtos químicos do cátodo; um primeiro coletor de corrente revestido com produtos químicos do anodo; um segundo coletor de corrente, em que o segundo coletor de corrente está em conexão elétrica com os produtos químicos do cátodo; e um eletrólito compreendendo produtos químicos do eletróli-to.
2. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os produtos químicos do cátodo, os produtos químicos do anodo e os produtos químicos do eletrólito são compatíveis com múltiplos ciclos de carga e descarga do elemento de energização.
3. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que os produtos químicos do cátodo compreendem um sal de lítio.
4. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que os produtos químicos do cátodo compreendem fosfato de ferro e lítio.
5. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os produtos químicos do anodo compreendem átomos de metal intercalados.
6. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que os produtos químicos do anodo compreendem átomos de lítio intercalados.
7. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os produtos químicos do cátodo compreendem um ou mais dentre chumbo, níquel, lítio, cobalto, zinco, sódio, vanádio, prata ou silício.
8. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que os produtos químicos do cátodo compreendem fosfato de ferro e lítio.
9. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os produtos químicos do cátodo compreendem carboximetilcelulose de sódio.
10. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os produtos químicos do cátodo compreendem um ou mais dentre grafite sintético e negro de fumo.
11. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os produtos químicos do cátodo compreendem um ou mais dentre borracha de estireno-butadieno.
12. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o eletrólito compreende hexafluorofosfato de lítio.
13. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento de energização biocompatível é conectado eletricamente a um elemento ele-troativo dentro de um dispositivo biomédico.
14. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o dispositivo biomédico é um dispositivo oftálmico.
15. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o dispositivo oftálmico é uma lente de contato.
16. Elemento de energização biocompatível, caracterizado por compreender: uma camada espaçadora de cátodo; um primeiro orifício localizado na camada espaçadora de cátodo; um primeiro coletor de corrente revestido com produtos químicos do anodo, em que o primeiro coletor de corrente é fixado a uma primeira superfície da camada espaçadora de cátodo, e em que uma primeira cavidade é criada entre os lados do primeiro orifício e uma primeira superfície do primeiro coletor de corrente revestido com produtos químicos do anodo; uma camada separadora, em que a camada separadora é formada dentro da primeira cavidade após uma mistura precursora separadora ser dispensada dentro da cavidade; uma segunda cavidade entre os lados do primeiro orifício e uma primeira superfície da camada separadora, em que a segunda cavidade é enchida com produtos químicos do cátodo; um segundo coletor de corrente, em que o segundo coletor de corrente está em conexão elétrica com os produtos químicos do cátodo; e um eletrólito compreendendo produtos químicos do eletróli-to.
17. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que os produtos químicos do cátodo, os produtos químicos do anodo e os produtos químicos do eletrólito são compatíveis com múltiplos ciclos de carga e descarga do elemento de energização.
18. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que os produtos químicos do cátodo compreendem um sal de lítio.
19. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que os produtos químicos do cátodo compreendem fosfato de ferro e lítio.
20. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que os produtos químicos do cátodo compreendem átomos de metal intercalados.
21. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que os produtos químicos do anodo compreendem átomos de lítio intercalados.
22. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que os produtos químicos do cátodo compreendem um ou mais dentre chumbo, níquel, lítio, cobalto, zinco, sódio, vanádio, prata ou silício.
23. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que os produtos quími- cos do cátodo compreendem carboximetilceiulose de sódio.
24. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que os produtos químicos do cátodo compreendem um ou mais dentre grafite sintético e negro de fumo.
25. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que os produtos químicos do cátodo compreendem um ou mais dentre borracha de estireno-butadieno.
26. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o eletrólito compreende hexafluorofosfato de lítio.
27. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que a mistura precursora separadora compreende um ou mais dentre poli(fluoreto de vinilideno), poli(dimetilsiloxano), N-N dimetil acetamida (DMAc) e glicerol.
28. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que o separador compreende glicerol em uma concentração pelo menos 90% reduzida a partir de uma concentração de glicerol na mistura precursora separadora.
29. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o elemento de energização biocompatível é conectado eletricamente a um elemento ele-troativo dentro de um dispositivo biomédico.
30. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que o dispositivo biomédico é um dispositivo oftálmico.
31. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de que o dispositivo oftálmico é uma lente de contato.
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