BR102015020027A2 - métodos para formar elementos de energização biocompatíveis para dispositivos biomédicos que compreendem laminados e separadores posicionados - Google Patents

Abstract

resumo patente de invenção: "métodos para formar elementos de energização biocompatíveis para dispositivos biomédicos que compreendem laminados e separadores posicionados". a presente invenção refere-se a métodos e a um aparelho para formar elementos de energização biocompatíveis. em alguns exemplos, os métodos e os aparelhos para formar os elementos de energização biocompatíveis envolvem a formação de cavidades que compreendem catodos ativos e a colocação de separadores dentro de uma estrutura laminada da bateria. os elementos ativos do catodo e do ânodo são vedados com uma pilha laminada de material biocompatível. em alguns exemplos, um campo de uso para os métodos e os aparelhos pode incluir qualquer produto ou dispositivo biocompatível que exija elementos de energização.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODOS PARA FORMAR ELEMENTOS DE ENERGIZAÇÃO BIOCOMPATÍVEIS PARA DISPOSITIVOS BIOMÉDICOS QUE COMPREENDEM LAMINADOS E SEPARADORES POSICIONADOS".

REFERÊNCIA CRUZADA DOS PEDIDOS DE PATENTE RELACIONADA

[0001] Este pedido de patente reivindica o benefício do pedido provisório de patente U.S. No. 62/040178, depositado em 21 de agosto de 2014 e cujo título é METHODS AND APPARATUS TO FORM BIOCOMPATIBLE ENERGIZATION ELEMENTS FOR BIOMEDICAL DEVICES. O conteúdo é confiável e está aqui incorporado por referência.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO 1. Campo da invenção [0002] A presente invenção refere-se a métodos e a um aparelho para formar elementos de energização biocompatíveis. Em alguns exemplos, os métodos e o aparelho para formar os elementos de energização biocompatíveis envolvem a formação de um elemento separador do elemento de energização. Os elementos ativos, incluindo ânodos, catodos e eletrólitos, podem ser conectados eletroquimicamente e podem interagir com os elementos separadores formados. Em alguns exemplos, um campo de uso para os métodos e aparelho pode incluir qualquer produto ou dispositivo biocompatível que exija elementos de energização. 2. Discussão da técnica relacionada [0003] Recentemente, os tipos de dispositivos médicos e suas funcionalidades começaram a ser desenvolvidos rapidamente. Esses dispositivos médicos podem incluir, por exemplo, marca-passos implantáveis, pílulas eletrônicas para monitorar e/ou testar uma função biológica, dispositivos cirúrgicos com componentes ativos, lentes de contato, bombas de infusão e neuroestimulantes. A funcionalidade adicionada e um aumento no desempenho dos muitos dispositivos médicos supracitados foram teorizados e desenvolvidos. Entretanto, para alcançar a funcionalidade adicionada teorizada, muitos desses dispositivos agora exigem meios de energização próprios que sejam compatíveis com as exigências de tamanho e formato desses dispositivos, assim como as exigências de energia dos novos componentes energizados.

[0004] Alguns dispositivos médicos podem incluir componentes como dispositivos semicondutores, que realizam uma variedade de funções e podem ser incorporados em muitos dispositivos biocompatíveis e/ou implantáveis. Entretanto, tais componentes semicondutores exigem energia e, portanto, elementos de energização também têm que ser incluídos em tais dispositivos biocompatíveis. A topologia e o tamanho relativamente pequeno dos dispositivos biocompatíveis criam ambientes inovadores e desafiadores para a definição de várias funcionalidades. Em muitos exemplos, é importante fornecer meios seguros, confiáveis, compactos e de baixo custo para energizar os componentes semicondutores no interior dos dispositivos biocompatíveis. Portanto, existe a necessidade de exemplos inovadores de formação de elementos de energização biocompatíveis para implantação no interior de ou em dispositivos biocompatíveis, onde a estrutura dos elementos de bateria forneça confinamento aprimorado para componentes químicos, assim como controle melhorado sobre a quantidade de componentes químicos contidos no elemento de energização.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0005] Consequentemente, são descritos métodos e aparelhos para formar elementos de energização biocompatíveis que propiciam vantagens de fabricação, ao mesmo tempo em que criam estruturas que podem conter, significativamente, os produtos químicos da batería. Além disso, o projeto estrutural pode fornecer também controle inerente das quantidades dos elementos de energização encontrados no interior dos elementos de batería.

[0006] Um aspecto geral inclui um método para a formação de um elemento de energização biocompatível, sendo que o método inclui receber um primeiro filme de substrato de um primeiro material isoiante; receber um segundo filme de substrato de um segundo material isoiante; cortar uma cavidade no segundo filme de substrato para formar uma camada espaçadora de vão; cortar uma cavidade no primeiro filme de substrato para formar uma camada espaçadora de cátodo, em que uma borda da cavidade define uma parede lateral da cavidade; laminar uma primeira superfície da camada espaçadora com vão a uma primeira superfície da camada espaçadora de cátodo; colocar um separador no elemento de energização biocompatível através da primeira cavidade na camada espaçadora com vão; receber um filme de anodo; aderir uma segunda superfície da camada espaçadora de vão a uma primeira superfície do filme de ânodo; receber uma pasta fluida para cátodo; e colocar a pasta fluida para cátodo no interior da cavidade na camada espaçadora de cátodo, em que a parede lateral da cavidade na camada espaçadora de cátodo e uma superfície do separador depositado contém a pasta fluida para cátodo.

[0007] As implementações podem incluir um ou mais recursos adicionais. O método pode incluir, adicionalmente, receber um filme de contato de cátodo e aderir uma segunda superfície da camada espaçadora de cátodo a pelo menos uma porção de uma primeira superfície do filme de contato de cátodo. O método pode incluir também receber um primeiro filme de embalagem que inclui uma pilha de filmes, onde uma camada é uma barreira à umidade metálica, e aderir o primeiro filme de embalagem a pelo menos uma porção de uma segunda superfície do filme de contato de catodo. Em alguns exemplos, o método inclui receber um segundo filme de embalagem que inclui uma pilha de filmes, onde uma camada de filme é uma barreira à umidade metálica, e aderir o segundo filme de embalagem a pelo menos uma porção de uma segunda superfície do filme de ânodo. O método pode incluir, adicionalmente, aderir o elemento de energização biocompatível a uma porção de um dispositivo biomédico, sendo que a pasta fluida de catodo é contida pelo menos parcialmente pela parede lateral da cavidade na camada espaçadora de catodo, pelo primeiro filme de embalagem e pelo segundo filme de embalagem.

[0008] Em alguns exemplos, o método pode incluir etapas nas quais o elemento de energização biocompatível é adicionado a um elemento de inserção de um dispositivo biomédico, sendo que o elemento de energização biocompatível está vedado no interior do elemento de inserção, e sendo que a pasta fluida de catodo está contida ao menos parcialmente pela parede lateral da cavidade na camada espaçadora de catodo e pelo elemento de inserção. O método pode ser caracterizado também quando o dispositivo biomédico for uma lente de contato.

[0009] Em alguns exemplos, o método pode incluir adicionalmente o acréscimo de uma formulação de eletrólito ao elemento separador. Em alguns desses exemplos, o método pode incluir adicionalmente métodos nos quais o acréscimo da formulação de eletrólito ao elemento separador é executado antes do posicionamento da pasta fluida para cátodo.

[0010] Em alguns exemplos, o método pode ser caracterizado pelo fato de que a pasta fluida para cátodo inclui dióxido de manganês. O método pode incluir exemplos nos quais o dióxido de manganês inclui dióxido de manganês eletrolítico. Em alguns exemplos, a metodologia pode incluir adicionalmente o processamento da pasta fluida para cátodo para remover grandes particulados. Quando o processamento incluir a remoção de grandes partículas, os tamanhos de partícula podem ser menores do que aproximadamente 70 mícrons. Em alguns exemplos, o volume das partículas pode ter tamanhos que são menores do que aproximadamente 25 mícrons. O processamento para remover grandes particulados pode incluir moagem por esferas. Em alguns outros exemplos, o método para remover grandes particulados inclui moagem por jato.

[0011] Os métodos podem incluir exemplos nos quais o primeiro filme de substrato é politereftalato de etileno (PET).

[0012] Em alguns exemplos, o método para cortar a cavidade no primeiro filme de substrato utiliza um laser.

[0013] O método pode incluir exemplos onde a adesão inclui ativar um adesivo sensível à pressão.

[0014] Em alguns exemplos, o método inclui cortar múltiplas cavidades na camada espaçadora de cátodo onde, adicionalmente, o elemento separador pode ser depositado em pelo menos duas dentre as múltiplas cavidades.

[0015] O método pode incluir o eletrodepósito de uma camada de zinco sobre o filme de ânodo antes ou após a adesão da primeira superfície do ânodo à primeira superfície da camada espaçadora de cátodo, onde a superfície da camada de zinco eletrodepositada se torna, subsequentemente, a primeira superfície do filme de ânodo.

[0016] Em alguns exemplos, o método inclui adicionalmente fazer o elemento de energização biocompatível entrar em contato elétrico com um circuito eletrônico e fazer o circuito eletrônico entrar em contato elétrico com um elemento eletroativo de um dispositivo biomédico.

[0017] Em alguns exemplos, o método pode incluir, também, flexionar o dispositivo que inclui o elemento de energização, um circuito elétrico e conexões, em um elemento eletroativo do dispositivo biomédico. A flexão pode formar uma peça em formato cônico ao unir, fisicamente e eletricamente, duas extremidades do dispositivo, inclusive o elemento de energização, um circuito elétrico e conexões com um eletroativo do dispositivo biomédico.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0018] As características e vantagens mencionadas anteriormente, bem como outras da presente invenção, serão aparentes a partir da descrição mais particular a seguir de modalidades preferenciais da invenção, conforme ilustrado nos desenhos anexados.

[0019] As Figuras 1A a 1D ilustram aspectos exemplificadores de elementos de energização biocompatíveis, em conjunto com a aplicação exemplificadora de lentes de contato.

[0020] A Figura 2 ilustra tamanho e formato exemplificadores de células individuais de um projeto de batería exemplificador.

[0021] A Figura 3A ilustra um elemento de energização biocompatível embalado, autônomo, com conexões de catodo e ânodo exemplificadoras.

[0022] A Figura 3B ilustra um elemento de energização biocompatível embalado, autônomo, com conexões de catodo e ânodo exemplificadoras.

[0023] As Figuras 4A a 4N ilustram etapas de método exemplificadoras para a formação de elementos de energização biocompatíveis para dispositivos biomédicos.

[0024] A Figura 5 ilustra um elemento de energização biocompatível totalmente formado.

[0025] As Figuras 6A a 6F ilustram etapas de método exemplificadoras para a formação estrutural de elementos de energização biocompatíveis.

[0026] As Figuras 7A a 7F ilustram etapas de método exemplificadoras para formação estrutural de elemento de energização biocompatíveis com método de eletrodeposição alternativo.

[0027] As Figuras 8A a 8H ilustram etapas de método exemplificadoras para a formação de elementos de energização biocompatíveis com separador de hidrogel para dispositivos biomédicos.

[0028] As Figuras 9A a 9C ilustram etapas de métodos exemplificadoras para a formação estrutural de elementos de energização biocompatíveis com exemplos de processamento de separador alternativos.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0029] São descritos nesse pedido métodos e aparelho para formar elementos de energização biocompatíveis tridimensionais. O elemento separador no interior dos elementos de energização pode ser formado de maneiras inovadoras e pode incluir materiais inovadores. Nas seções a seguir, serão dadas descrições detalhadas de vários exemplos. As descrições de exemplos são destinadas como modalidades exemplificadoras apenas, e várias modificações e alterações podem ser aparentes àqueles versados na técnica. Portanto, os exemplos não limitam o escopo do presente pedido. Os elementos de energização biocompatíveis tridimensionais são projetados para uso em ou próximo ao corpo de um organismo vivo. Glossário [0030] Na descrição e nas modalidades abaixo, vários termos podem ser usados para os quais as seguintes definições se aplicarão: [0031] "Ânodo", para uso na presente invenção, 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 ânodo para, por exemplo, um circuito elétrico.

[0032] "Ligantes", para uso na presente invenção, refere-se a um polímero que é capaz de exibir respostas elásticas a deformações mecânicas e que é quimicamente compatível com outros componentes de elemento de energização. Por exemplo, os ligantes podem incluir materiais eletroativos, eletrólitos, polímeros etc.

[0033] "Biocompatível", para uso na presente invenção, refere-se a um material ou dispositivo que realiza, com um hospedeiro apropriado, resposta em uma aplicação específica. Por exemplo, um dispositivo biocompatível não tem efeitos tóxicos ou lesivos em sistemas biológicos.

[0034] "Catodo", para uso na presente invenção, 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 catodo do dispositivo elétrico polarizado e para fora, por exemplo, do circuito elétrico conectado.

[0035] "Revestimento", para uso na presente invenção, refere-se a um depósito de material em formas finas. Em alguns usos, o termo se referirá a um depósito fino que cobre substancialmente a superfície de um substrato sobre o qual está formado. Em outros usos mais especializados, o termo pode ser usado para descrever depósitos finos em regiões menores da superfície.

[0036] "Eletrodo", conforme usado na presente invenção, pode se referir a uma massa ativa na fonte de energia. Por exemplo, pode incluir um ou ambos dentre ânodo e catodo.

[0037] "Energizado", para uso na presente invenção, refere-se ao estado de ser capaz de suprir corrente elétrica ou ter energia elétrica armazenada em seu interior.

[0038] "Energia", para uso na presente invenção, refere-se à capacidade de um sistema físico para realizar trabalho. Muitos usos dos elementos de energização podem se referir à capacidade de executar ações elétricas.

[0039] "Fonte de energia" ou "elemento de energização" ou "dispositivo de energização", para uso na presente invenção, referem-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 molhada.

[0040] "Cargas", conforme usado no presente documento, refere-se a um ou mais separadores de elementos de energização que não reagem com qualquer um dentre eletrólitos ácidos ou alcalinos. Em geral, as cargas podem incluir substancialmente materiais insolúveis em água, como negro de fumo; poeira de hulha; 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, montmorolonita, caulinita, atapulgita e talco; zeólitos sintéticos e naturais, como cimento Portland; silicatos metálicos precipitados, como silicato de cálcio; polímero oco ou sólido ou microsferas vítreas, flocos e fibras etc.

[0041] "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 aproxima uma camada plana com uma superfície de topo e uma superfície de fundo e um corpo; sendo que o corpo é tipicamente muito mais fino do que a extensão da camada.

[0042] "Funcionalizado", para uso na presente invenção, refere-se a tornar uma camada ou dispositivo capaz de executar uma função que inclui, por exemplo, energização, ativação e/ou controle.

[0043] "Molde", para uso na presente invenção, refere-se a um objeto rígido ou semirrígido que pode ser usado para formar objetos tridimensionais a partir de formulações não curadas. Alguns moldes exemplificadores incluem duas partes de molde que, quando opostas uma à outra, definem a estrutura de um objeto tridimensional.

[0044] "Potência", para uso na presente invenção, refere-se ao trabalho realizado pela energia transferida por unidade de tempo.

[0045] "Recarregável" ou "Reenergizável", para uso na presente invenção, referem-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 certos períodos de tempo restabelecidos.

[0046] "Reenergizar" ou "recarregar", para uso na presente invenção, referem-se à restauração a um estado com capacidade superior de realizar trabalho. Muitos usos podem se relacionar à restauração da capacidade de fluxo de corrente elétrica de um dispositivo a uma certa taxa por um determinado período de tempo restabelecido.

[0047] "Liberado", para uso na presente invenção e algumas vezes referido como "liberado de um molde", significa que um objeto tridimensional é ou completamente separado do molde ou está apenas fixado de maneira frouxa ao molde, de modo que possa ser removido com agitação moderada.

[0048] "Empilhado", para uso na presente invenção, 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 alguns exemplos, um revestimento, seja para a adesão ou outras funções, pode residir entre as duas camadas que estão em contato uma com a outra através do dito revestimento.

[0049] "Trilhos", para uso na presente invenção, refere-se a componentes de elemento de energização capazes de se conectarem eletricamente aos componentes de circuito. Por exemplo, trilhos de circuito podem incluir cobre ou ouro quando o substrato for uma placa de circuito impresso e, tipicamente, podem ser cobre, ouro ou um filme impresso em um circuito flexível. Um tipo especial de "trilho" é o coletor de corrente. Os coletores de corrente são trilhos com compatibilidade eletroquímica que tornam o coletor de corrente adequado para uso na condução de elétrons para e a partir de um ânodo ou catodo na presença de eletrólito.

[0050] Os métodos e o aparelho apresentados no presente documento referem-se à formação de elementos de energização biocompatíveis para inclusão em ou sobre dispositivos biocompatíveis tridimensionais.

[0051] Pode haver outros exemplos de como montar e configurar baterias, de acordo com a presente descrição, e alguns podem estar descritos nas seções a seguir. Entretanto, para muitos desses exemplos, existem características e parâmetros selecionados das baterias que podem ser descritos por direito próprio. Nas seções a seguir, se dará ênfase a algumas características e parâmetros. Construção de Dispositivo Biomédico Exemplificador com Elementos de Energização Biocompatíveis [0052] 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 eletroativa. Com referência à Figura 1A, um exemplo de tal elemento de inserção de lente de contato pode ser ilustrado 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 característica focal em resposta a tensões de controle. O circuito 105, que fornece esses sinais de tensão de controle, assim como outra função, como detecção de controle do ambiente quanto a sinais de controle externos, pode ser alimentado por um elemento de bateria biocompatível 110. Conforme ilustrado na Figura 1A, o elemento de bateria pode ser encontrado como múltiplas peças principais, nesse caso, três peças, e pode incluir as diversas configurações de elementos de bateria, conforme foi discutido. Os elementos de bateria podem ter vários recursos de interconexão para unir as peças, como pode ser representado subjacente à região de interconexão 114. Os elementos de bateria podem ser conectados a um elemento de circuito que pode ter seu próprio substrato 111, sobre os qual os recursos de interconexão 125 podem estar situados. Um circuito 105, que pode estar sob a forma de um circuito integrado, pode ser conectado elétrica e fisicamente ao substrato 111 e seus recursos de interconexão 125.

[0053] Com referência à Figura 1B, um relevo em seção transversal de uma lente de contato 150 pode incluir o 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 encapsulado do elemento de inserção e fornecer uma interface confortável da lente de contato 150 ao olho de um usuário.

[0054] Em referência a conceitos da presente descrição, os elementos de bateria podem ser formados sob uma forma bidimensional, conforme ilustrado em um outro exemplo da Figura 1C. Nessa representação, pode haver duas regiões principais de células de baterias nas regiões de componente de bateria 165, e o segundo componente de bateria na região de elemento químico de bateria 160. Os elementos de bateria, que são ilustrados em forma plana na Figura 1C, podem se conectar a um elemento de circuito 163 que, no exemplo da Figura 1C, pode conter duas áreas de circuito principais 167. O elemento de circuito pode se conectar ao elemento de bateria em um contato elétrico 161 e em um contato físico 162. A estrutura plana pode ser flexionada no formato de uma estrutura cônica tridimensional, conforme descrito na presente descrição. Naquele 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, pode ser encontrada uma representação dessa estrutura cônica tridimensional 180. Os pontos de contato físico e elétrico 181 também podem ser encontrados, e a ilustração pode ser visualizada como uma vista tridimensional da estrutura resultante. Essa estrutura pode incluir o componente de bateria e modular elétrico que será incorporado com um elemento de inserção de lente a um dispositivo biocompatível. Esquemas de Bateria Segmentada [0055] Com referência à Figura 2, é ilustrado um exemplo de diferentes tipos de esquemas de bateria segmentada para um elemento de bateria exemplificador para um exemplo do tipo de lente de contato. Os componentes segmentados podem ter formato relativamente circular 271, quadrado 272 ou retangular. Nos exemplos com formato retangular, os retângulos podem ser pequenos formatos retangulares 273, formatos retangulares maiores 274 ou formatos retangulares ainda maiores 275.

Formatos Personalizados de Elementos de Bateria Planos [0056] 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 representado com uma conexão de ânodo 311 e uma conexão de catodo 312. Com referência à figura 3B, um exemplo de um contorno circular 330 do elemento de bateria pode ser representado com uma conexão de ânodo 331 e uma conexão de catodo 332.

[0057] Em alguns exemplos de baterias formadas planas, os contornos da forma da bateria podem ser configurados dimensional e geometricamente para se ajustarem a produtos personalizados. Em adição a exemplos com contornos retangulares ou circulares, podem ser formados contornos de "forma livre" ou de "formato livre" que podem permitir que a configuração da bateria seja otimizada para se ajustar a um dado produto.

[0058] No caso do dispositivo biomédico exemplificador de uma variável óptica, um exemplo de "forma livre" de um contorno plano pode ter formato arqueado; a forma livre pode ter uma geometria tal que, quando formada em um formato tridimensional, pode assumir a forma de uma saia anular cônica que se encaixa nos limites de restrição de uma lente de contato. Pode ficar claro que geometrias benéficas similares podem ser formadas quando os dispositivos médicos tiverem requisitos restritivos de formato bidimensional ou tridimensional.

Aspectos de Biocompatibilidade de Baterias [0059] Como um exemplo, as baterias, de acordo com a presente descrição, podem ter importantes aspectos relacionados à segurança e à biocompatibilidade. Em alguns exemplos, baterias para dispositivos biomédicos devem atender, preferencialmente, a requisitos acima e além daqueles para cenários de uso típicos. Em alguns exemplos, podem ser considerados aspectos de projeto relacionados a eventos de estresse. Por exemplo, pode ser necessário considerar a segurança de uma lente de contato eletrônica no caso de um usuário quebrar a lente durante a inserção ou remoção. Em um outro exemplo, aspectos de projeto podem considerar o potencial de um usuário ser atingido no olho por um objeto estranho. Ainda outros exemplos de condições estressantes podem ser considerados no desenvolvimento de parâmetros de projeto, e as restrições podem estar relacionadas ao potencial de um usuário usar a lente em ambientes desafiadores, como o ambiente debaixo d'água ou o ambiente em grande altitude, em exemplos não limitantes.

[0060] A segurança de tal dispositivo pode ser influenciada pelos materiais a partir dos quais o dispositivo é formado, pelas quantidades daqueles materiais empregados na fabricação do dispositivo e também pela embalagem aplicada para separar os dispositivos do ambiente circundante do corpo ou dentro do corpo. Em um exemplo, marca-passos podem ser um tipo típico de dispositivo biomédico que pode incluir uma bateria e que pode ser implantado em um usuário por um período prolongado. Consequentemente, em alguns exemplos, tais marca-passos podem ser embalados, tipicamente, com invólucros de titânio soldados, herméticos, ou, em outros exemplos, múltiplas camadas de encapsulamento. Os dispositivos biomédicos energizados emergentes podem apresentar novos desafios no que se refere à embalagem, especificamente, à embalagem de baterias. Esses novos dispositivos podem ser muito menores do que os dispositivos biomédicos existentes, por exemplo, uma lente de contato eletrônica ou câmera minúscula podem ser significativamente menores do que um marca-passo. Em tais exemplos, o volume e a área disponíveis para embalagem podem ser bastante reduzidos.

Requisitos Elétricos de Microbaterias [0061] Uma outra área para considerações de projeto pode estar relacionada a requisitos elétricos do dispositivo, quanto ao dispositivo com bateria. Para funcionar como uma fonte de energia para um dispositivo médico, uma bateria adequada pode precisar atender a requisitos elétricos completos do sistema quando operando em um modo de energia não conectado ou não energizado externamente. Um campo emergente de dispositivos biomédicos não conectados ou não energizados externamente pode incluir, por exemplo, lentes de contato para correção da visão, dispositivos de monitoramento da saúde, câmeras minúsculas e dispositivos inovadores. Os recentes desenvolvimentos na tecnologia de circuito integrado (IC) podem permitir operação elétrica significativa a níveis de corrente muito baixos, por exemplo, picoamps de corrente em modo de espera e microamps de corrente em modo de funcionamento. ICs também podem permitir dispositivos muito pequenos.

[0062] Microbaterias para aplicações biomédicas podem ser necessárias para atender a muitos requisitos desafiadores simultaneamente. Por exemplo, pode ser necessário que a microbateria tenha a capacidade de entregar 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.

[0063] Com relação ao processo de IC, tipicamente, os nós podem ser diferenciados pelo tamanho mínimo do recurso de um transistor, como o seu, assim chamado, canal de transistor. O recurso físico, junto com outros parâmetros da fabricação do IC, como espessura de óxido da porta, pode ser associado a um padrão de classificação resultante para tensões de ligação, ou limite, de transistores de efeito de campo (FETs) fabricados no dado nó do processo. Por exemplo, em um nó com um tamanho de recurso mínimo de 0,5 mícrons, pode ser comum encontrar FETs com tensões de ligação de 5,0 V. Entretanto, a um tamanho de recurso mínimo de 90 nm, os FETs podem ligar a 1,2, 1,8 e 2,5V. A fundição do IC pode fornecer células padrão de blocos digitais, por exemplo, inversores e flip-flops que tenham sido caracterizados e que são classificados para uso em certas faixas de tensão. Os projetistas escolheram um nó de processo de IC com base em vários fatores, inclusive densidade de dispositivos digitais, dispositivos de sinal misto análogo/digital, corrente de fuga, camadas de cabeamento e disponibilidade de dispositivos especiais, como FETs de alta tensão. Dados esses aspectos paramétricos dos componentes elétricos que podem extrair energia de uma microbateria, pode ser importante que a fonte de energia da microbateria corresponda aos requisitos do nó de processo escolhido e projeto de IC, especialmente em termos de tensão e corrente disponíveis.

[0064] Em alguns exemplos, um circuito elétrico energizado por uma microbateria pode se conectar a um outro dispositivo. Em exemplos não limitadores, o circuito elétrico energizado por microbateria pode se conectar a um atuador ou a um transdutor. Dependendo da aplicação, os mesmos podem incluir um diodo emissor de luz (LED), um sensor, uma bomba de sistema microeletromecânico (MEMS), ou inúmeros outros tais dispositivos. Em alguns exemplos, tais dispositivos conectados podem exigir condições de tensão de operação mais altas do que os nós de processo de IC comuns, por exemplo, uma lente com foco variável pode requerer 35V para ativar. A tensão de operação fornecida pela batería, consequentemente, pode ser uma consideração crítica ao projetar tal sistema. Em alguns exemplos desse tipo de consideração, a eficiência de um acionador de lente para produzir 35V a partir de uma bateria de 1V pode ser significativamente menor do que para operar a partir de uma batería de 2V. Os requisitos adicionais, como tamanho de matriz, podem ser dramaticamente diferentes quando são considerados os parâmetros de operação da microbateria.

[0065] As células de bateria individuais podem ser classificadas, tipicamente, com tensões de circuito aberto, carregadas e de corte. A tensão de circuito aberto é o potencial produzido pela célula da 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, imposta 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 da qual a bateria não deve ser descarregada para evitar efeitos deletérios, como excessiva emissão de gases. Tipicamente, a tensão de corte pode ser influenciada pelo circuito ao qual a bateria está conectada, não apenas a 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 1,0V. A tensão de um dado projeto de célula de microbateria pode depender de outros fatores da química da célula empregada. E, química de célula diferente pode ter, portanto, diferentes tensões de célula.

[0066] As células podem ser conectadas em série para aumentar a tensão; no entanto, essa combinação pode vir com compensações em tamanho, resistência interna e complexidade da bateria. As células também podem ser combinadas em configurações em paralelo para reduzir a resistência e aumentar a capacidade, no entanto, tal combinação pode compensar em tamanho e na vida útil.

[0067] A capacidade da bateria pode ser a habilidade de uma bateria entregar corrente, ou realizar trabalho, por um período de tempo. A capacidade da batería pode, tipicamente, ser especificada em unidades, como microamp-horas. Uma batería que pode fornecer 1 microamp de corrente por 1 hora tem 1 microamp-hora de capacidade. A capacidade pode, tipicamente, ser aumentada por meio do aumento da massa (e, por conseguinte, do volume) de reagentes dentro de um dispositivo de bateria, pode ser apreciado que dispositivos biomédicos podem ser significativamente constritos no volume disponível. A capacidade da bateria também pode ser influenciada pelo material do eletrólito e eletrodo.

[0068] Dependendo dos requisitos do circuito ao qual a bateria está conectada, pode ser necessário que uma bateria forneça corrente em uma faixa de valores. Durante o armazenamento, antes do uso ativo, uma corrente de fuga da ordem de picoamps a nanoamps, pode fluir através dos circuitos, interconexões e isolamentos. Durante a operação ativa, o circuito pode consumir corrente quiescente para tomar amostras de sensores, fazer cronômetros funcionarem e executar tais funções de baixo consumo de energia. O consumo de corrente quiescente pode ser da ordem de nanoamps a miliamps. O circuito pode ter também demandas de corrente com pico ainda mais altos, por exemplo, na gravação da memória instantânea ou comunicação por frequência de rádio (RF). Essa corrente de pico pode estender-se até dezenas de miliamps ou mais. A resistência e a impedância de um dispositivo de microbateria também podem ser importantes para fins de projeto.

[0069] A vida útil refere-se, tipicamente, ao período de tempo durante o qual uma bateria pode subsistir em armazenamento e ainda manter parâmetros de funcionamento úteis. A vida útil pode ser particularmente importante para dispositivos biomédicos por diversas razões. Os dispositivos eletrônicos podem deslocar dispositivos não energizados, como pode ser o caso, por exemplo, para a introdução de uma lente de contato eletrônica. Os produtos nesses espaços existentes no mercado podem ter estabelecido requisitos de vida útil, por exemplo, três anos, devido ao consumidor, à cadeia de suprimentos e outros requisitos. Tipicamente, pode ser desejado que tais especificações não sejam alteradas para novos produtos. Os requisitos de vida útil também podem ser estabelecidos pela distribuição, estoque e métodos de uso de um dispositivo, incluindo uma microbateria. Consequentemente, as microbaterias para dispositivos biomédicos podem ter requisitos específicos de vida útil, que podem ser medidos em número de anos, por exemplo.

[0070] Em alguns exemplos, o elemento de energização biocompatível tridimensional pode ser recarregável. Por exemplo, uma bobina indutiva também pode ser fabricada na 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 a fótons, os fotovoltaicos produzirão elétrons para recarregar o elemento de energização.

[0071] Em alguns exemplos, pode haver uma bateria para fornecer a energia elétrica a um sistema elétrico. Nesses exemplos, a bateria pode ser eletricamente conectada ao circuito do sistema elétrico. As conexões entre um circuito e uma bateria podem ser classificadas como interconexões. Essas interconexões podem se tornar cada vez mais desafiadoras, no que diz respeito a microbaterias biomédicas, devido a vários fatores. Em alguns exemplos, os dispositivos biomédicos energizados podem ser muito pequenos, deixando, dessa forma, pouca área e volume para as interconexões. As restrições de tamanho e área podem afetar a resistência elétrica e a confiabilidade das interconexões.

[0072] Em outros aspectos, uma batería pode conter um eletrólito líquido que pode ferver em alta temperatura. Essa restrição pode competir diretamente com o desejo de usar uma interconexão soldada, que pode, por exemplo, exigir temperaturas relativamente altas como 250 graus C para fundir. Embora em alguns exemplos a parte química da bateria, incluindo o eletrólito, e a fonte de calor usada para formar as interconexões com base em solda possam ser espacialmente isoladas uma da outra, nos casos de dispositivos biomédicos emergentes, o pequeno tamanho pode precludir a separação de eletrólito e juntas soldadas por uma distância suficiente para reduzir a condução de calor.

Interconexões [0073] As interconexões podem permitir que a corrente flua para e a partir da bateria, em conjunto com um circuito externo. Tais interconexões podem fazer interface com os ambientes no interior e no exterior da bateria, e podem cruzar a fronteira ou vedação entre aqueles ambientes. Essas interconexões podem ser consideradas como trilhos, fazendo conexões com um circuito externo, passando através da vedação da bateria e, por fim, conectando-se aos coletores de corrente no interior da bateria. Como tal, essas interconexões podem apresentar vários requisitos. Fora da bateria, as interconexões podem lembrar trilhos de circuito impresso típicos. As mesmas podem ser soldadas ou se conectar de outro modo a outros trilhos. Em um exemplo onde a bateria é um elemento físico separado de uma placa de circuito que contém um circuito integrado, a interconexão de bateria pode permitir a conexão ao circuito externo. Essa conexão pode ser formada por solda, fita condutiva, tinta condutiva ou epóxi ou por outros meios. Pode ser que os trilhos de interconexão precisem sobreviver no ambiente fora da batería, por exemplo, sem corrosão na presença de oxigênio.

[0074] Conforme a interconexão passa através da vedação da batería, pode ser de importância crítica que a interconexão coexista com a vedação e permita a vedação. Pode haver necessidade de adesão entre a vedação e a interconexão além da adesão que pode ser necessária entre a vedação e a embalagem da batería. Pode ser necessário manter a integridade da vedação na presença de eletrólito e outros materiais no interior da batería. As interconexões, que podem ser, tipicamente, metálicas, podem ser conhecidas como pontos de falha na embalagem da bateria. O potencial elétrico e/ou o fluxo de corrente pode aumentar a tendência de o eletrólito "sofrer fluência" ao longo da interconexão. Consequentemente, talvez seja necessário manipular uma interconexão para manter a integridade da vedação.

[0075] No interior da bateria, as interconexões podem fazer interface com os coletores de corrente ou podem real mente formar os coletores de corrente. Nesse sentido, talvez a interconexão precise atender aos requisitos dos coletores de corrente, conforme descrito aqui, ou talvez seja necessário formar uma conexão elétrica com tais coletores de corrente.

[0076] Uma classe de interconexões e coletores de corrente candidatos é laminados metálicos. Tais folhas estão disponíveis na espessura de 25 mícrons ou menos, o que as torna adequadas para baterias muito finas. A fonte de tal folha também pode ter baixa rugosidade superficial e contaminação, dois fatores que podem ser críticos para o desempenho da bateria. As folhas podem incluir zinco, níquel, latão, cobre, titânio, outros metais e diversas ligas.

Eletrólito [0077] Um eletrólito é um componente de uma bateria que facilita que uma reação química aconteça entre 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, essa importante atividade eletroquímica pode se tornar um desafio para criar dispositivos que sejam biocompatíveis. Por exemplo, o hidróxido de potássio (KOH) pode ser um eletrólito comumente usado em células alcalinas. Em alta concentração, o material tem um pH alto e pode interagir desfavoravelmente com diversos tecidos vivos. Por outro lado, em alguns exemplos, podem ser empregados eletrólitos que podem ser menos ativos do ponto de vista eletroquímico; entretanto, esses materiais podem resultar, tipicamente, em desempenho elétrico reduzido, como tensão da célula reduzida e resistência aumentada da célula. Consequentemente, um aspecto chave do projeto e da engenharia de uma microbateria biomédica pode ser o eletrólito. Pode ser desejável que o eletrólito seja ativo o suficiente para atender aos requisitos elétricos, ao mesmo tempo em que também seja relativamente seguro para uso no ou sobre o corpo.

[0078] Vários cenários de teste podem ser usados para determinar a segurança de componentes da batería, em particular, eletrólitos, em células vivas. Esses resultados, em conjunto com testes da embalagem de bateria, podem permitir a manipulação do projeto de um sistema de bateria que possa atender aos requisitos. Por exemplo, ao desenvolver uma lente de contato alimentada por energia elétrica, os eletrólitos da bateria podem ser testados em um modelo de célula corneai humana. Esses testes podem incluir experimentos na concentração do eletrólito, tempo de exposição e aditivos. Os resultados de tais testes podem indicar o metabolismo da célula e outros aspectos fisiológicos. Os testes podem incluir também testes in vivo em animais e seres humanos.

[0079] Os eletrólitos para uso na presente invenção podem incluir cloreto de zinco, acetato de zinco, acetato de amônio e cloreto de amônio em concentrações de massa de aproximadamente 0,1% a 50% e, em um exemplo não limitador, pode ser aproximadamente 25%. As concentrações específicas podem depender da atividade eletroquímica, do desempenho da batería, da vida útil, integridade da vedação e biocompatibilidade.

[0080] Em alguns exemplos, diversas classes de aditivos podem ser utilizadas na composição de um sistema de bateria. 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 para fora da embalagem, aumentando, assim, a segurança. Inibidores de corrosão podem ser adicionados ao eletrólito, por exemplo, para aumentar a vida útil por meio da redução da dissolução indesejada do ânodo de zinco no eletrólito. Esses inibidores podem afetar positivamente ou adversamente o perfil de segurança da bateria. Agentes umectantes ou tensoativos podem ser adicionados, por exemplo, para permitir que o eletrólito molhe o separador ou seja preenchido na embalagem da bateria. Novamente, esses agentes umectantes podem ser positivos ou negativos por segurança. A adição de tensoativo ao eletrólito pode aumentar a impedância elétrica da célula, de acordo com a concentração mais baixa de tensoativo, para obter o umedecimento desejado, ou outras propriedades devem ser usadas. Os tensoativos exemplificadores podem incluir Triton™ X-100, Triton™ QS44, e Dowfax™ 3B2, todos disponíveis junto à empresa Dow Chemical, em concentrações desde 0,01% a 2%.

[0081] Também estão surgindo eletrólitos inovadores que podem melhorar dramaticamente o perfil de segurança de microbaterias biomédicas. Por exemplo, uma classe de eletrólitos sólidos pode ser inerentemente resistente a vazamento, ao mesmo tempo em que oferece desempenho elétrico adequado.

[0082] As baterias que usam eletrólito de "água salgada" são comumente usadas em células de reserva para uso marinho. Torpedos, bóias, e luzes de emergência podem usar estas baterias. As células de reserva são baterias nas quais os materiais ativos, os eletrodos e o eletrólito, são separados até o momento do uso. Devido a essa separação, a autodescarga da célula é bastante reduzida e a vida útil é bastante aumentada. As baterias de água salgada podem ser projetadas a partir de uma série de materiais de eletrodo, incluindo zinco, magnésio, alumínio, cobre, estanho, dióxido de manganês e óxido de prata. O eletrólito pode ser água do mar de verdade, por exemplo, água do oceano que inunda a bateria quando ocorre o contato, ou pode ser uma formulação salina especialmente fabricada. Esse tipo de bateria pode ser particularmente útil em lentes de contato. Um eletrólito salino pode ter biocompatibilidade superior com eletrólitos clássicos, como hidróxido de potássio e cloreto de zinco. As lentes de contato são armazenadas em uma "solução de armazenamento" que é, tipicamente, uma mistura de cloreto de sódio, talvez com outros sais e agentes de tamponamento. Essa solução foi demonstrada como um eletrólito de bateria em combinação com um ânodo de zinco e catodo de dióxido de manganês. Outras combinações de eletrodo e eletrólito são possíveis. Uma lente de contato que use uma bateria de "água salgada" pode conter um eletrólito baseado em cloreto de sódio, solução de empacotamento ou mesmo um eletrólito especialmente desenvolvido, similar ao fluido lacrimai. Tal bateria podería, por exemplo, ser ativada com solução de empacotamento, manter uma abertura para o olho e continuar a funcionar com exposição a lágrimas humanas.

[0083] Em adição ou no lugar de possíveis benefícios para a biocompatibilidade pelo uso de um eletrólito mais similar a lágrimas, ou realmente usando lágrimas, uma célula de reserva pode ser usada para atender aos requisitos de vida útil de um produto de lente de contato. As lentes de contato típicas têm especificação para armazenamento de 3 anos ou mais. Esse é um requisito desafiador para uma batería com uma embalagem pequena e fina. Uma célula de reserva para uso em uma lente de contato pode ter projeto similar àqueles mostrados nas Figuras 1 e 3, porém, o eletrólito não é adicionado no momento da fabricação. O eletrólito pode ser armazenado em uma ampola no interior da lente de contato e ser conectado à bateria, ou a solução salina que circunda a batería pode ser usada como o eletrólito. Dentro da lente de contato e da embalagem da bateria, pode ser projetada uma válvula ou porta para separar o eletrólito dos eletrodos até que o usuário ative a lente. Quando da ativação, talvez simplesmente pinçando a borda da lente de contato, de modo similar à ativação de um bastão fluorescente, permite-se que o eletrólito flua para dentro da bateria e forme uma trajetória iônica entre os eletrodos. Isso pode envolver uma transferência de eletrólito em uma única vez ou pode expor a bateria para difusão continuada.

[0084] Alguns sistemas de bateria podem utilizar ou consumir eletrólito durante a reação química. Consequentemente, pode ser necessário manipular um certo volume de eletrólito no sistema embalado. Esse eletrólito pode ser "estacionado" em diversos locais, inclusive no separador ou em um reservatório.

[0085] Em alguns exemplos, um projeto de um sistema de bateria pode incluir um componente ou componentes que podem funcionar de modo a limitar a capacidade de descarga do sistema de bateria. Por exemplo, pode ser desejável projetar os materiais e quantidades de materiais do ânodo, catodo ou eletrólito de modo que um deles possa ser esgotado primeiro durante o curso das reações no sistema de batería. Em tal exemplo, o esgotamento de um dentre o ânodo, o catodo ou o eletrodo pode reduzir o potencial para que não ocorra descarga problemática e reações colaterais a tensões de descarga mais baixas. Essas reações problemáticas podem produzir, por exemplo, gás excessivo ou subprodutos que podem ser prejudiciais à segurança e outros fatores.

Componentes Modulares de Batería [0086] Em alguns exemplos, um componente de bateria modular pode ser formado de acordo com alguns aspectos e exemplos da presente invenção. Nesses exemplos, o conjunto de bateria modular pode ser um componente separado de outras partes do dispositivo biomédico. No exemplo de um dispositivo oftálmico de lente de contato, tal projeto pode incluir uma bateria modular que é separada do resto de um elemento de inserção de mídia. Pode haver inúmeras vantagens em formar um componente de bateria modular. Por exemplo, no caso da lente de contato, um componente de bateria modular pode ser formado em um processo separado, não integrado, que pode aliviar a necessidade de componentes plásticos ópticos formados tridimensionalmente, com cabo rígido. Além disso, as fontes de fabricação podem ser mais flexíveis e podem operar em um modo mais paralelo à fabricação dos outros componentes no dispositivo biomédico. Além do mais, a fabricação dos componentes de bateria modular pode ser desacoplada das características de dispositivos com formato tridimensional. Por exemplo, em aplicações que requerem formas finais tridimensionais, um sistema de bateria modular pode ser fabricado em uma perspectiva plana, ou aproximadamente bidimensional, e, então, ser conformado no formato tridimensional adequado. Um componente de bateria modular pode ser testado independentemente do resto do dispositivo biomédico e produzir perda devido ao fato de os componentes da bateria poderem ser classificados antes da montagem. O componente de bateria modular resultante pode ser usado em diversas construções de elemento de inserção de mídia que não têm uma região rígida adequada sobre as quais os componentes de bateria podem ser formados, e ainda em um outro exemplo, o uso de componentes de bateria modular pode facilitar o uso de diferentes opções para tecnologias de fabricação que seriam usadas, de outra maneira, como tecnologia baseada em manta (de cilindro para cilindro), tecnologia baseada em folha (folha-para-folha), impressão, litografia e processamento por "rodo". Em alguns exemplos de uma bateria modular, o aspecto de confinamento discreto de tal dispositivo pode resultar em material adicional ser adicionado à construção total do dispositivo biomédico. Tais efeitos podem definir uma restrição ao uso de soluções de bateria modular quando os parâmetros de espaço disponível requerem espessura ou volume de soluções minimizados.

[0087] Os requisitos de formato de bateria podem ser conduzidos, ao menos em parte, pela aplicação para a qual a bateria deve ser usada. Os fatores de forma de bateria tradicionais podem ser formas cilíndricas ou prismas retangulares, feitos de metal, e podem ser orientados para produtos que requeiram grandes quantidades de energia por longas durações. Essas aplicações podem ser grandes o suficiente, de modo que possam conter baterias com fator de forma grande. Em um outro exemplo, baterias de estado sólido planas (2D) são finos prismas retangulares, tipicamente formados sobre silício não flexível ou vidro. Essas baterias de estado sólido planas podem ser formadas em alguns exemplos com o uso de tecnologias de processamento de pastilha de silício. Em um outro tipo de fator de forma de bateria, baterias flexíveis de baixo consumo podem ser formadas em uma construção de pequeno invólucro, com o uso de folhas finas ou plástico para reter os produtos químicos da batería. Essas baterias podem ser fabricadas planas (2D), e podem ser projetadas para funcionar quando abauladas até uma modesta curvatura fora-de-plano (3D).

[0088] Em alguns dos exemplos das aplicações de bateria na presente descrição, onde a bateria pode ser empregada em uma lente óptica variável, o fator de forma pode requerer uma curvatura tridimensional do componente de bateria, onde um raio daquela curvatura pode ser da ordem de aproximadamente 8,4 mm. A natureza de tal curvatura pode ser considerada como relativamente acentuada e, por referência, pode se aproximar do tipo de curvatura encontrado na ponta do dedo de um ser humano. A natureza de uma curvatura relativamente acentuada cria aspectos desafiadores à fabricação. Em alguns exemplos da presente descrição, um componente de bateria modular pode ser projetado de tal modo que ele possa ser fabricado de uma maneira plana, bidimensional e, então, ser formado em uma forma tridimensional de curvatura relativa alta.

Espessura do Módulo de Bateria [0089] Ao projetar componentes de bateria para aplicações biomédicas, podem ser feitas compensações entre os vários parâmetros, equilibrando-se os requisitos técnicos, funcionais e de segurança. A espessura do componente de bateria pode ser um parâmetro importante e limitador. Por exemplo, em uma aplicação de lente óptica, a capacidade de um dispositivo ser usado confortavelmente por um usuário pode ter uma dependência crítica com relação à espessura do dispositivo biomédico. Logo, pode haver aspectos críticos de capacitação no projeto da bateria para resultados mais finos. Em alguns exemplos, a espessura da bateria pode ser determinada pelas espessuras combinadas das folhas de topo e de fundo, folhas espaçadoras e espessuras da camada adesiva. Os aspectos práticos de fabricação podem orientar certos parâmetros de espessura do filme para valores padrão no estoque de folha disponível. Além disso, os filmes podem ter valores de espessura mínima para os quais os mesmos podem ser especificados com base em considerações técnicas relacionadas à compatibilidade química, impermeabilidade a umidade/gás, acabamento superficial e compatibilidade com revestimentos sobre os quais as camadas de filme podem ser depositadas.

[0090] Em alguns exemplos, uma espessura desejada ou alvo de um componente de bateria acabado pode ser uma espessura de componente que seja menor do que 220 pm. Nesses exemplos, essa espessura desejada pode ser induzida pela geometria tridimensional de um dispositivo oftálmico de lente exemplificador, onde o componente de bateria pode precisar ser encaixado no interior do volume disponível definido por um formato de lente hidrogel, dado o conforto do usuário final, biocompatibilidade e restrições de aceitação. Esse volume e seu efeito sobre as necessidades de espessura de componente de bateria podem ser uma função da especificação de espessura de dispositivo total, assim como especificação do dispositivo relacionada a sua largura, ângulo cônico e diâmetro interno. Uma outra consideração importante de projeto para o projeto do componente de bateria resultante pode estar relacionada ao volume disponível para produtos químicos e materiais da bateria ativa em um dado projeto de componente de bateria com relação à energia química resultante que pode ter origem naquele projeto. Essa energia química resultante pode, então, ser equilibrada pelos requisitos elétricos de um dispositivo biomédico funcional para sua vida pretendida e condições de operação.

Flexibilidade do Módulo de Bateria [0091] Uma outra dimensão de relevância para o projeto de bateria e para o projeto de dispositivos relacionados que utilizam fontes de energia baseadas em bateria, é a flexibilidade do componente de batería. Pode haver inúmeras vantagens conferidas pelas formas de bateria flexível. Por exemplo, um módulo de bateria flexível pode facilitar a capacidade mencionada anteriormente de fabricar a forma de bateria em uma forma plana bidimensional. A flexibilidade da forma pode permitir que a bateria bidimensional seja formada, então, em um formato 3D adequado para se ajustar a um dispositivo biomédico, como uma lente de contato.

[0092] Em um outro exemplo dos benefícios que podem ser conferidos pela flexibilidade no módulo de bateria, se a bateria e o dispositivo subsequente forem flexíveis, então, pode existir vantagens relacionadas ao uso do dispositivo. Em um exemplo, uma forma de lente de contato de um dispositivo biomédico pode ter vantagens para inserção/remoção da lente de contato com base em elemento de inserção de mídia, que pode estar mais próximo à inserção/remoção de uma lente de contato hidrogel não preenchida padrão.

[0093] O número de flexões pode ser importante para a engenharia da bateria. Por exemplo, uma bateria que só possa flexionar uma vez a partir de uma forma plana para um formato adequado para uma lente de contato pode ter projeto significativamente diferente de uma bateria capaz de múltiplas flexões. A flexão da bateria também pode se estender além da capacidade de sobreviver mecanicamente ao evento de flexão. Por exemplo, um eletrodo pode ser fisicamente capaz de flexionar sem quebrar, mas as propriedades mecânicas e eletroquímicas do eletrodo podem ser alteradas pela flexão. As alterações induzidas pela flexão podem aparecer instantaneamente, por exemplo, como alterações na impedância, ou a flexão pode introduzir alterações que só serão aparentes em teste de vida útil a longo prazo.

Largura do Módulo de Batería [0094] Pode haver inúmeras aplicações nas quais os elementos de energização biocompatíveis ou as baterias da presente descrição podem ser utilizados. Em geral, o requisito de largura da batería pode ser, em grande parte, uma função da aplicação na qual ela é aplicada. Em um caso exemplificador, um sistema de batería de lente de contato pode ter necessidades limitadas para a especificação sobre a largura de um componente de batería modular. Em alguns exemplos de um dispositivo oftálmico, onde o dispositivo tem uma função óptica variável alimentada por um componente de batería, a porção óptica variável do dispositivo pode ocupar uma região esférica central com cerca de 7,00 mm de diâmetro. Os elementos de bateria exemplificadores podem ser considerados como um objeto tridimensional, que se encaixa como uma saia cônica anular ao redor da parte óptica central e com o formato de um anel cônico truncado. Se o diâmetro máximo requerido do elemento de inserção rígido for um diâmetro de 8,50 mm, e a tangência a uma esfera com certo diâmetro puder ser determinada (como por exemplo, em um diâmetro de aproximadamente 8,40 mm), então, a geometria poderá ditar qual 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 denominada um tronco cônico plano em um setor de um anel.

[0095] A largura da bateria achatada pode ser induzida por duas características do elemento de bateria, os componentes de bateria ativos e a largura da vedação. Em alguns exemplos relacionados a dispositivos oftálmicos, uma espessura alvo pode estar entre 0,100 mm e 0,500 mm por lado, e pode-se pretender que os componentes de bateria ativa tenham aproximadamente, 0,800 mm de largura. Outros dispositivos biomédicos podem ter restrições de projeto diferentes, mas os princípios para elementos de bateria plana flexível podem ser aplicados de modo similar.

Cavidades como Elementos de Projeto no Projeto de Componente de Bateria [0096] Em alguns exemplos, os elementos de bateria podem ser projetados de modo que segmentam as regiões de produtos químicos ativos da bateria. Pode haver inúmeras vantagens oriundas da divisão dos componentes da bateria ativa em segmentos discretos. Em um exemplo não limitador, a fabricação de elementos distintos e menores pode facilitar a produção dos elementos. A função de elementos de bateria, incluindo inúmeros elementos menores, pode ser aprimorada. Os defeitos de vários tipos podem ser segmentados, e elementos não funcionais podem ser isolados, em alguns casos, para resultar em perda diminuída de função. Isso pode ser relevante em exemplos onde pode ocorrer a perda de eletrólito da bateria. O isolamento de componentes individualizados pode permitir um defeito que resulte em vazamento de eletrólito para fora das regiões críticas da bateria para limitar a perda de função àquele pequeno segmento do elemento de bateria total, enquanto a perda de eletrólito através do defeito poderia esvaziar uma região significativamente maior para baterias configuradas como uma única célula. Células menores podem resultar em volume menor de produtos químicos da batería ativa em uma perspectiva geral, mas a rede de material que circunda cada uma das células menores pode resultar em um fortalecimento da estrutura total. Vedações Internas do Elemento de Bateria [0097] Em alguns exemplos de elementos de bateria para uso em dispositivos biomédicos, a ação química da bateria envolve química aquosa, onde água, ou umidade, é um constituinte cujo controle é importante. Portanto, pode ser importante incorporar mecanismos de vedação que retardem ou impeçam o movimento da umidade para fora ou para dentro da estrutura da bateria. Podem ser projetadas barreiras contra a umidade para manter o nível de umidade interna a um nível desejado, dentro de alguma tolerância. Em alguns exemplos, uma barreira à umidade pode ser dividida em duas seções ou componentes: a embalagem e a vedação.

[0098] A embalagem pode se referir ao material principal do envoltório. Em alguns exemplos, a embalagem pode compreender um material a granel. A Taxa de Transmissão de Vapor d'água (Water Vapor Transmission Rate -WVTR) pode ser um indicador de desempenho, com normas ISO, ASTM controlando o procedimento de teste, inclusive as condições ambientais presentes durante o teste. Idealmente, a WVTR para uma boa embalagem de bateria pode ser "zero". Os materiais exemplificadores com uma WVTR próxima de zero podem ser vidro e folhas metálicas. Plásticos, por outro lado, podem ser inerentemente porosos à umidade, e podem variar significativamente para diferentes tipos de plástico. Os materiais manipulados, laminados, ou coextrudados podem ser, usualmente, híbridos dos materiais de embalagem comuns.

[0099] A vedação pode ser a interface das duas superfícies da embalagem. A conexão de superfícies de vedação termina o invólucro junto com a embalagem. Em muitos exemplos, a natureza de projetos de vedação pode tornar difícil sua caracterização quanto à WVTR da vedação devido à dificuldade em executar medições com o uso da norma ISO ou ASTM, já que o tamanho da amostra ou da área superficial podem não ser compatíveis com aqueles procedimentos. Em alguns exemplos, uma maneira prática de testar a integridade da vedação pode ser um teste funcional do projeto de vedação real para algumas condições definidas. O desempenho da vedação pode ser uma função do material da vedação, da espessura da vedação, do comprimento da vedação, da largura da vedação e da adesão da vedação ou proximidade com os substratos da embalagem.

[0100] Em alguns exemplos, as vedações podem ser formadas por processo de soldagem, que pode envolver processamento térmico, a laser, solvente, atrito, ultrassônico ou a arco. Em outros exemplos, as vedações podem ser formadas através do uso de vedantes adesivos, como colas, epóxis, acrílicos, borracha natural e borracha sintética. Outros exemplos podem derivar da utilização de material tipo gaxeta, que pode ser formado a partir de cortiça, borracha natural e sintética, poli(tetrafluoroetileno) (PTFE), polipropileno e silicones, para mencionar alguns exemplos não limitadores.

[0101] Em alguns exemplos, as baterias de acordo com a presente invenção podem ser projetadas para terem uma vida operacional especificada. A vida operacional pode ser estimada determinando-se uma quantidade prática de permeabilidade à umidade que pode ser obtida com o uso de um sistema de bateria particular e, então, estimando-se quando tal vazamento de umidade pode resultar em um término de condição de vida para a bateria. Por exemplo, se uma bateria for armazenada em um ambiente molhado, então, a diferença de pressão parcial entre o interior e o exterior da bateria será mínima; resultando em uma taxa de perda de umidade reduzida e, consequentemente, a vida da bateria pode ser estendida. A mesma bateria de exemplo armazenada em um ambiente particularmente seco e quente pode ter uma expectativa de tempo de vida significativamente reduzida devido à forte função que enseja a perda de umidade.

Separadores de Elemento de Bateria [0102] As baterias do tipo descrito na presente descrição podem utilizar um material separador que separa, física e eletricamente, as porções de ânodo e de coletor de corrente do ânodo das porções de catodo e de coletor de corrente do cátodo. O separador pode ser uma membrana que é permeável à água e componentes de eletrólito dissolvido; entretanto, o mesmo pode ser, tipicamente, eletricamente não condutivo. Embora uma miríade de materiais de separador disponíveis para comercialização possa ser conhecida àqueles versados na técnica, o fator de forma inovador da presente invenção pode apresentar restrições únicas à tarefa de seleção, processamento e manuseio do separador.

[0103] Como os projetos da presente invenção podem ter perfis ultrafinos, a escolha pode ser limitada aos materiais de separador mais finos tipicamente disponíveis. Por exemplo, separadores de aproximadamente 25 mícrons de espessura podem ser desejáveis. Alguns exemplos que podem ser vantajosos podem ter cerca de 12 mícrons de espessura. Pode haver inúmeros separadores comerciais aceitáveis, incluindo microfibrilado, membranas separadoras em monocamada de polietileno microporoso e/ou em três camadas, polipropileno-polietileno-polipropileno (PP/PE/PP), como aquelas produzidas pela Celgard (Charlotte, NC, EUA). Um exemplo desejável de material separador pode ser a membrana em três camadas Celgard M824 PP/PE/PP, a qual tem uma espessura de 12 mícrons. Os exemplos alternativos de materiais separadores úteis para exemplos da presente descrição podem incluir membranas separadoras, incluindo celulose regenerada (por exemplo, celofane).

[0104] Embora as membranas separadoras em três camadas PP/PE/PP possam apresentar espessura e propriedades mecânicas vantajosas, devido ao seu caráter olefinico, as mesmas também podem sofrer de uma série de desvantagens que precisam ser superadas para que se tornem úteis nos exemplos da presente descrição. O rolo ou estoque de folhas de materiais separadores de três camadas de PP/PE/PP podem apresentar inúmeras rugas ou outros erros de forma que podem ser deletérios às tolerâncias a nível de mícrons aplicáveis às baterias aqui descritas. Além disso, os separadores de poliolefina podem precisar ser cortados a tolerâncias ultraprecisas para inclusão nos presentes projetos, o que pode implicar, consequentemente, em corte a laser como um método exemplificador de formação de coletores de corrente discretos em formatos desejáveis com tolerâncias apertadas. Devido ao caráter poliolefínico desses separadores, certos lasers de corte úteis para microfabricação podem empregar comprimentos de onda de laser de, por exemplo, 355 nm, que não cortarão as poliolefinas; as poliolefinas não absorvem de modo apreciável a energia laser e, desse modo, não são passíveis de ablação. Finalmente, os separadores de poliolefina podem não ser inerentemente umedecíveis por eletrólitos aquosos usados nas baterias aqui descritas.

[0105] No entanto, pode haver métodos para superar essas limitações inerentes às membranas do tipo poliolefínico. De modo a apresentar uma membrana separadora microporosa a um laser de corte de alta precisão para cortar peças em segmentos de arco ou outros projetos vantajosos de separador, talvez seja necessário que a membrana seja plana e isenta de rugas. Se essas duas condições não forem atendidas, a membrana separadora pode não ser cortada completamente, pois o feixe de corte pode ser inibido, como resultado da falta de foco ou, de outro modo, da dispersão da energia laser incidente. Adicionalmente, se a membrana separadora não for plana e isenta de rugas, a precisão da forma e as tolerâncias geométricas da membrana separadora podem não ser alcançadas. As tolerâncias permissíveis para separadores de corrente exemplificadores podem ser, por exemplo, +0 mícron e -20 mícrons, com relação aos comprimentos e/ou raios característicos. Pode haver vantagens para tolerâncias mais justas 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 isento de rugas laminando-se temporariamente o material a um carreador de vidro flutuante com um líquido de baixa volatilidade adequado. Líquidos com baixa volatilidade podem ser vantajosos em relação a 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, observou-se ser muito mais fácil obter uma membrana separadora plana e isenta de rugas sobre vidro flutuante com o uso de um líquido do que com o uso de um adesivo. Antes da laminação, a membrana separadora pode ser tornada livre de particulados. Isso pode ser conseguido por meio de limpeza ultrassônica da membrana separadora para remover qualquer particulado aderente à superfície. Em alguns exemplos, o manuseio de uma membrana separadora pode ser feito em um ambiente adequado, com baixo teor de partículas, como uma capota de fluxo laminar ou um ambiente estéril de classe, pelo menos, 10.000. Além disso, o substrato vítreo flutuante pode ser produzido para ser isento de particulados, ao ser enxaguado com um solvente adequado, limpeza ultrassônica e/ou esfregado com panos de limpeza limpos.

[0106] Embora uma grande variedade de líquidos de baixa volatilidade possa ser usada para a finalidade mecânica de laminar membranas separadoras microporosas de poliolefina a um carreador vítreo flutuante, requisitos específicos podem ser impostos ao líquido para facilitar o corte a laser subsequente de formatos de separador discretos. Um requisito pode ser aquele em que o líquido tem uma tensão superficial baixa o suficiente para encharcar os poros do material do separador, o que pode ser facilmente verificado por inspeção visual. Em alguns exemplos, o material do separador muda de uma cor branca para uma aparência translúcida quando o líquido preenche os microporos do material. Pode ser desejável escolher um líquido que possa ser benigno e "seguro" para os trabalhadores que serão expostos às operações de preparação e corte do separador. Pode ser desejável escolher um líquido cuja pressão de vapor possa ser baixa o suficiente, de modo que não ocorra evaporação apreciável durante a escala temporal de processamento (da ordem de 1 dia). Finalmente, em alguns exemplos, o líquido pode ter poder de solvatação suficiente para dissolver absorvedores de UV suficientes que podem facilitar a operação de corte a laser. Em um exemplo, observou-se que uma solução a 12% (porcentagem em peso) de absorvedor de UV de avobenzona em solvente de benzoato de benzila pode atender aos requisitos anteriormente mencionados, e podem se prestar a facilitar o corte a laser de separadores de poliolefina com alta precisão e tolerância de baixa ordem, sem um número excessivo de passes do feixe de laser de corte. Em alguns exemplos, os separadores podem ser cortados com um laser de estado sólido bombeado por diodo de 8W em 355 nm nanosegundos, usando essa abordagem, onde o laser pode ter ajustes para atenuação de baixa potência (por exemplo, 3% de potência), uma velocidade moderada de 1 a 10 mm/s e apenas 1 a 3 passes do feixe de laser. Embora essa composição oleosa absorvedora de UV tenha se provado um auxiliar efetivo no processo de laminação e corte, outras formulações oleosas podem ser concebidas por aqueles versados na técnica e ser usadas sem limitação.

[0107] Em alguns exemplos, um separador pode ser cortado ao mesmo tempo em que é fixado a um vidro flutuante. Uma vantagem de cortar separadores a laser enquanto fixados a um carreador vítreo flutuante pode ser aquela em que uma densidade de número muito alto de separadores pode ser cortada de uma folha de estoque de separadores, da mesma forma que uma matriz de semicondutores pode ser densamente disposta em uma pastilha de silício. Tal abordagem pode fornecer economia de escala e vantagens de processamento paralelo inerentes em processos de semicondutor. Além disso, a geração de sucata de membrana separadora pode ser minimizada. Uma vez que os separadores tenham sido cortados, o fluido oleoso auxiliar de processo pode ser removido por meio de uma série de extrações com solventes miscíveis, sendo que a última extração pode ser executada com um solvente altamente volátil, como álcool isopropílico, em alguns exemplos. Os separadores discretos, uma vez extraídos, podem ser armazenados indefinidamente em qualquer ambiente adequado com baixo número de partículas.

[0108] Conforme anteriormente mencionado, as membranas separadoras de poliolefina podem ser inerentemente hidrofóbicas, e pode ser necessário que elas sejam tornadas umedecíveis por tensoativos aquosos usados nas baterias da presente descrição. Uma abordagem para tornar as membranas separadoras umedecíveis pode ser tratamento por plasma de oxigênio. Por exemplo, os separadores podem ser tratados por 1 a 5 minutos em um plasma de oxigênio a 100% em uma ampla variedade de ajustes de potência e taxas de fluxo de oxigênio. Embora essa abordagem possa melhorar a umedecibilidade por um período, pode ser bem conhecido que modificação de superfície por plasma fornece um efeito transiente que pode não durar tempo suficiente para umedecibilidade robusta de soluções de eletrólito. Uma outra abordagem para melhorar a umedecibilidade de membranas separadoras pode ser tratar a superfície por meio da incorporação de um tensoativo adequado à membrana. Em alguns casos, o tensoativo pode ser usado em conjunto com um revestimento polimérico hidrofílico que permanece dentro dos poros da membrana separadora.

[0109] Uma outra abordagem para fornecer mais permanência à hidrofilicidade conferida por um tratamento por plasma oxidativo pode ser por meio de tratamentos subsequentes com um organossilano hidrofílico adequado. Dessa maneira, o plasma de oxigênio pode ser usado para ativar e conferir grupos funcionais por toda a área superficial do separador microporoso. Então, o organossilano pode se ligar covalentemente a e/ou aderir não covalentemente à superfície tratada por plasma. Em exemplos que usam um organossilano, a porosidade inerente do separador microporoso pode não mudar de modo apreciável, a cobertura de superfície de camada única também pode ser possível e desejada. Os métodos da técnica anterior que incorporam tensoativos em conjunto com revestimentos poliméricos podem requerer controle rigoroso sobre a quantidade real de revestimento aplicado à membrana, e podem estar sujeitos à variabilidade do processo. Em casos extremos, os poros do separador podem ficar bloqueados, afetando, desse modo, adversamente a utilidade do separador durante a operação da célula eletroquímica. Um organossilano exemplificador útil na presente descrição pode ser (3-aminopropila)trietóxi silano. Outros organossilanos hidrofílicos podem ser conhecidos àqueles versados na técnica e podem ser usados sem limitação.

[0110] Ainda um outro método para a produção de membranas separadoras umedecíveis por eletrólito aquoso pode ser a incorporação de um tensoativo adequado à formulação de eletrólito. Uma consideração na escolha de tensoativo para produzir membranas separadoras umedecíveis pode ser o efeito que o tensoativo pode ter sobre a atividade de um ou mais eletrodos no interior 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 ânodos de zinco em eletrólitos aquosos. O zinco pode ser um exemplo conhecido por sofrer uma lenta reação com água para liberar gás hidrogênio, o que pode ser indesejável. Inúmeros tensoativos podem ser conhecidos àqueles versados na técnica, os quais limitam as taxas da dita reação a níveis vantajosos. Em outros casos, o tensoativo pode interagir tão fortemente com a superfície do eletrodo de zinco que a bateria pode ser impedida de funcionar. Consequentemente, é preciso muito cuidado na seleção de tipos de tensoativo adequados e nos níveis de carregamento para assegurar que a umedecibilidade do separador possa ser obtida sem afetar de modo deletério o desempenho eletroquímico da célula. Em alguns casos, é possível usar uma pluralidade de tensoativos, sendo que um está presente para conferir molhabilidade à membrana separadora e o outro está presente para facilitar as propriedades anticorrosão no ânodo de zinco. Em um exemplo, nenhum tratamento hidrofílico é feito na membrana separadora, e um tensoativo, ou uma pluralidade de tensoativos, é adicionado à formulação de eletrólito em uma quantidade suficiente para efetuar a molhabilidade da membrana separadora.

[0111] Os separadores discretos podem ser integrados à microbateria laminar por deslocamento direto para uma cavidade, bolso ou estrutura designados no interior do conjunto. Desejavelmente, esse bolso pode ser formado por um espaçador que tem um recorte que pode ser um desvio geométrico do formato do separador. Além disso, o bolso pode ter uma saliência ou degrau, no qual o separador se apoia durante a montagem. A saliência, ou degrau, pode incluir, opcionalmente, um adesivo sensível à pressão que retém o separador discreto. Vantajosamente, o adesivo sensível à pressão pode ser igual ao usado na construção e empilhamento de outros elementos de uma microbateria laminar exemplificadora.

Adesivo Sensível à Pressão [0112] Em alguns exemplos, a pluralidade de componentes que compreende as microbaterias laminares da presente descrição pode ser unida com um adesivo sensível à pressão que também serve como um selante. Embora possa existir uma miríade de formulações de adesivo sensível à pressão disponível para comercialização, tais formulações quase sempre incluem componentes que podem torná-las inadequadas para uso dentro de uma microbateria laminar biocompatível. Os exemplos de componentes indesejáveis em adesivos sensíveis à pressão podem incluir: componentes lixiviáveis de baixa massa molecular, antioxidantes, por exemplo, BHT e/ou MEHQ, óleos plastificantes, impurezas, porções instáveis do ponto de vista oxidativo, contendo, por exemplo, ligações químicas insaturadas, solventes residuais e/ou monômeros, fragmentos iniciadores de polimerização, agentes de pegajosidade polares e similares.

[0113] Os PSAs adequados podem exibir, por outro lado, as seguintes propriedades. Os mesmos podem ser capazes de ser aplicados a componentes laminares para obter finas camadas, da ordem de 2 a 20 mícrons. Além disso, os mesmos podem conter um mínimo de, por exemplo, zero componente indesejável ou não biocompatível. Adicionalmente, os mesmos podem ter propriedades adesivas e coesivas suficientes para unir os componentes da batería laminar. E, os mesmos podem ser capazes de fluir para os elementos na escala de mícrons, inerentes aos dispositivos da presente construção, enquanto fornecem uma vedação robusta de eletrólito no interior da batería. Em alguns exemplos de PSAs adequados, os PSAs podem ter uma baixa permeabilidade ao vapor d'água de modo a manter uma composição do eletrólito aquoso desejável no interior da batería, mesmo quando a bateria puder ser submetida a extremos de umidade por extensos períodos de tempo. Os PSAs podem ter boa resistência química a componentes de eletrólitos, como ácidos, tensoativos e sais. Os mesmos podem ser inertes aos efeitos de imersão em água. Os PSAs adequados podem ter uma baixa permeabilidade ao oxigênio para minimizar a taxa de oxidação direta, o que pode se dar sob a forma de autodescarga de ânodos de zinco. E, os mesmos podem facilitar uma permeabilidade finita a gás hidrogênio, que pode ser lentamente emitido pelos ânodos de zinco em eleltrólitos aquosos. Essa propriedade de permeabilidade finita ao gás hidrogênio pode evitar um acúmulo de pressão interna.

[0114] Em consideração a esses requisitos, o poliisobutileno (PIB) pode ser um material disponível comercialmente que pode ser formulado em composições de PSA que atendem a muitos, se não todos, os requisitos desejáveis. Além do mais, o PIB pode ser um excelente selante de barreira com absorbância de água muito baixa e baixa permeabilidade a oxigênio. Um exemplo de PIB útil nos exemplos da presente descrição pode ser Oppanoll® B15 da BASF Corporation Oppanol® B15 pode ser dissolvido em solventes à base de hidrocarboneto, como tolueno, dodecano, essências minerais e similares. Uma composição de PSA pode incluir, por exemplo, 30 % de Oppanol® B15 (p/p) em uma mistura de solvente que inclui 70% (p/p) de tolueno e 30% de dodecano. As propriedades adesivas e reológicas de PSAs à base de PIB podem ser determinadas em alguns exemplos pela mistura de diferentes graus de massa molecular de PIB. Uma abordagem comum pode ser usar uma maioria de PIB de baixa massa molar, por exemplo, Oppanol® B10, para efetuar o molhamento, a pegajosidade e a adesão, e usar uma pequena parte de PIB com alta massa molar para efetuar a tenacidade e resistência à fluência. Consequentemente, misturas de qualquer número de graus de massa molar de PIB podem ser concebidas e praticadas dentro do escopo da presente descrição. Além disso, podem ser adicionados acentuadores de pegajosidade à formulação de PSA, contanto que os requisitos mencionados anteriormente sejam atendidos. Por sua natureza, os acentuadores de pegajosidade conferem propriedades polares às formulações de PSA, de modo que talvez seja necessário usar os mesmos com cuidado para não afetar adversamente as propriedades de barreira do PSA. Além do mais, os acentuadores de pegajosidade podem, em alguns casos, ser instáveis do ponto de vista oxidativo, e podem incluir um antioxidante, o que pode causar a lixiviação do PSA. Por essas razões, os acentuadores de pegajosidade exemplificadores para uso em PSAs para microbaterias laminares biocompatíveis podem incluir acentuadores de pegajosidade de resinas de hidrocarboneto completamente ou quase todo hidrogenado, como a série Regalrez de acentuadores de pegajosidade da Eastman Chemical Corporation.

Considerações Adicionais de Embalagem e Substrato em Módulos de Batería Biocompatível [0115] Pode haver inúmeras considerações de embalagem e substrato que podem ditar características desejáveis para projetos de embalagens usadas em microbaterias laminares biocompatíveis. Por exemplo, a embalagem pode ser, desejavelmente, predominantemente baseada em folha metálica e/ou filme, sendo que essas camadas de embalagem podem ser tão finas quanto possível, por exemplo, 10 a 50 mícrons. Adicionalmente, a embalagem pode fornecer uma barreira de difusão suficiente 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 ânodos de zinco pela oxidação direta.

[0116] Em alguns exemplos, a embalagem pode fornecer uma trajetória de permeação finita ao gás hidrogênio, que pode ser emitido devido à redução direta de água pelo zinco. E, a embalagem desejavelmente pode conter suficientemente e pode isolar o conteúdo da bateria, de modo que a exposição potencial a um usuário possa ser minimizada.

[0117] Na presente descrição, as construções de embalagem podem incluir os seguintes tipos de componentes funcionais: camadas de embalagem de topo e de fundo, camadas de PSA, camadas espaçadoras, zonas de interconexão, portas de preenchimento e embalagem secundária.

[0118] 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 de múltiplas camadas que contém uma pluralidade de camadas poliméricas e/ou de barreira. Tais construções de filme podem ser referidas como filmes laminados de barreira coextrudados. Um exemplo de um filme de barreira coextrudado comercial de particular utilidade na presente descrição pode ser a camada de suporte 3M® Scotchpak 1109 que consiste em uma manta carreadora de PET, uma camada de barreira de alumínio depositada por vapor, e uma camada de polietileno que compõe uma espessura de filme média total de 33 mícrons. Inúmeros outros filmes de barreira multicamadas similares podem estar disponíveis e podem ser usados em exemplos alternativos da presente descrição.

[0119] Nas construções de projeto que incluem um PSA, a rugosidade superficial da camada de embalagem pode ter importância particular, pois o PSA pode precisar também vedar faces opostas da camada de embalagem. A rugosidade superficial pode resultar de processos de fabricação usados na produção de folhas e filmes, por exemplo, processos que empregam laminação, extrusão, gofragem e/ou calandragem, entre outros. Se a superfície for muito áspera, pode não ser possível aplicar o PSA em uma espessura uniforme quando a espessura desejada do PSA for da ordem da rugosidade superficial Ra. Além do mais, os PSAs podem não vedar adequadamente contra uma face oposta se a face oposta tiver rugosidade que pode ser da ordem da espessura da camada de PSA. Na presente descrição, os materiais de embalagem que têm uma rugosidade superficial, Ra, menor que 10 mícrons podem ser exemplos aceitáveis. Em alguns exemplos, os valores da rugosidade superficial podem ser 5 mícrons ou menos. E, em outros exemplos ainda, a rugosidade superficial pode ser 1 mícron ou menos. Os valores de rugosidade superficial podem ser medidos, por exemplo, por uma variedade de métodos que incluem, mas não se limitam a, técnicas de medição, como interferometria de luz branca, perfilometria de caneta e similares. Pode haver muitos exemplos na técnica de metrologia superficial nos quais a rugosidade superficial pode ser descrita por numerosos parâmetros alternativos, e nos quais os valores de rugosidade superficial, RA, média, discutidos aqui, podem ser representativos dos tipos de recursos inerentes nos processos de fabricação mencionados anteriormente.

Coletores de Corrente e Eletrodos [0120] Em alguns exemplos de células de zinco-carbono e Leclanché, o coletor de corrente do cátodo pode ser uma haste de carbono sinterizado. Esse tipo de material pode fazer face aos obstáculos técnicos das células eletroquímicas finas da presente descrição. Em alguns exemplos, podem ser usadas tintas de carbono estampadas em células eletroquímicas finas para substituir uma haste de carbono sinterizado no coletor de corrente do cátodo, e, nesses exemplos, o dispositivo resultante pode ser formado sem comprometimento significativo da célula eletroquímica resultante. Tipicamente, as tintas de carbono podem ser aplicadas diretamente em materiais de embalagem, os quais podem incluir filmes poliméricos, ou, em alguns casos, folhas metálicas. Nos exemplos onde o filme de embalagem pode ser uma folha metálica, talvez seja necessário que a tinta de carbono proteja a folha metálica subjacente contra degradação química e/ou corrosão pelo eletrólito. Além disso, nesses exemplos, o coletor de corrente de tinta de carbono pode precisar fornecer condutividade elétrica a partir de dentro da célula eletroquímica para o exterior da célula eletroquímica, o que implica selar ao redor ou através da tinta de carbono. Devido à natureza porosa das tintas de carbono, isso pode não ser conseguido facilmente sem desafios significativos. As tintas de carbono também podem ser aplicadas em camadas que têm espessura relativamente pequena e finita, por exemplo, 10 a 20 mícrons. Em um projeto de célula eletroquímica fina em que a espessura da embalagem interna total só pode ser de cerca de 100 a 150 mícrons, a espessura de uma camada de tinta de carbono pode constituir uma fração significativa do volume interno total da célula eletroquímica, afetando, assim, negativamente o desempenho elétrico da célula. Adicionalmente, a natureza fina de toda a bateria e do coletor de corrente, em particular, pode implicar em uma área da seção transversal pequena para o coletor de corrente. À medida em que a resistência de um traço aumenta com o comprimento do traço e diminui com a seção transversal, pode haver uma compensação direta entre a espessura do coletor de corrente e a resistência. A resistividade de volume da tinta de carbono pode não ser suficiente para atender ao requisito de resistência das baterias finas. As tintas com carga de prata ou outros metais condutivos também podem ser consideradas como diminuidoras da resistência e/ou espessura, mas as mesmas podem introduzir novos desafios, como incompatibilidade com eletrólitos inovadores. Em consideração a esses fatores, em alguns exemplos pode ser desejável realizar as células eletroquímicas finas eficientes e de alto desempenho da presente descrição utilizando-se uma folha metálica fina como o coletor de corrente, ou aplicar um filme metálico fino como uma camada de embalagem de polímero subjacente para agir como o coletor de corrente. Tais folhas metálicas podem ter resisti vidade significativamente menor, permitindo, assim, que atendam aos requisitos de resistência elétrica com muito menos espessura do que as tintas de carbono impressas.

[0121] Em alguns exemplos, uma ou mais dentre as camadas de embalagem de topo e/ou de fundo podem servir como um substrato para uma pilha metálica ou metal coletor de corrente bombardeado com íons. Por exemplo, a camada de suporte 3M® Scotchpak 1109 pode ser metalizada com o uso de deposição física de vapor (PVD) de uma ou mais camadas metálicas úteis como um coletor de corrente para um cátodo. As pilhas de metal exemplificadoras úteis como coletores de corrente de cátodo podem ser camadas de adesão de Ti-W (Titânio-Tungstênio) e camadas condutoras de Ti (Titânio). As pilhas 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 fluoreto de polivinilideno (PVDF) pode ser, por exemplo, menor que 500 nm no total. Se forem usadas múltiplas camadas de metais, pode ser necessário que as propriedades de barreira e eletroquímicas sejam compatíveis com a batería. Por exemplo, o cobre pode ser eletrodepositado no topo de uma camada de partícula inicial para fazer crescer uma camada espessa de condutor. Camadas adicionais podem ser depositadas sobre o cobre. No entanto, o cobre pode ser eletroquimicamente incompatível com certos eletrólitos, especialmente na presença de zinco. Consequentemente, se for usado cobre como uma camada na batería, pode ser necessário que o mesmo seja suficientemente isolado do eletrólito da batería. Alternativamente, o cobre pode ser excluído ou substituído por outro metal.

[0122] Em alguns outros exemplos, as folhas de embalagem de topo e/ou fundo podem funcionar também como coletores de corrente. Por exemplo, uma folha de latão de 25 mícrons pode ser útil como um coletor de corrente do ânodo para um ânodo de zinco. Opcionalmente, a folha de latão pode ser eletrodepositada com índio antes do eletrodepósito com zinco. Em um exemplo, as folhas de embalagem do coletor de corrente do cátodo podem incluir folha de titânio, folha de Hastelloy C-276, folha de cromo e/ou folha de tântalo. Em certos projetos, uma ou mais folhas de embalagem podem ser estampadas finamente, gofradas, atacadas quimicamente, texturizadas, usinadas a laser ou processadas de outro modo para fornecer forma, rugosidade superficial e/ou geometria à embalagem de célula final.

Anodo e Inibidores de Corrosão do Anodo [0123] O ânodo para a batería laminar da presente invenção pode compreender, por exemplo, zinco. Em baterias tradicionais de zinco-carbono, um ânodo de zinco pode tomar a forma física de uma lata na qual o conteúdo da célula eletroquímica pode estar contido. Para a batería da presente invenção, uma lata de zinco pode ser um exemplo, mas pode haver outras formas de zinco que podem ser desejáveis para realizar projetos de baterias ultrapequenas.

[0124] O zinco eletrodepositado pode ter exemplos de uso em numerosas indústrias, por exemplo, para o revestimento protetor ou estético de partes de metal. Em alguns exemplos, o zinco eletrodepositado pode ser usado para formar ânodos finos e conformais úteis para baterias da presente descrição. Além disso, o zinco eletrodepositado pode ser padronizado em inúmeras configurações, dependendo da intenção do projeto. Um meio fácil de padronizar o zinco eletrodepositado pode ser o 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 o uso de uma fotomáscara. Nesses exemplos, pode ser aplicada uma fotorresistência a um substrato condutivo, o substrato ao qual o zinco será depositado subsequentemente. O padrão de deposição desejado pode ser então projetado para a fotorresistência por meio de uma fotomáscara, causando, assim, a cura de áreas selecionadas de fotorresistência. A fotorresistência não curada pode, então, ser removida com solvente e técnicas de limpeza adequadas. O resultado pode ser uma área padronizada de material condutivo que pode receber um tratamento de zinco eletrodepositado. Embora esse método possa fornecer benefício ao formato ou projeto do zinco a ser depositado, a abordagem pode requerer o uso de materiais fotopadronizáveis disponíveis, que podem ter propriedades restritivas à construção de embalagem de célula total. Consequentemente, métodos novos e inovadores para padronizar zinco podem ser necessários para realizar alguns projetos de microbaterias finas da presente descrição.

[0125] Um meio alternativo de padronizar ânodos de zinco pode ser por meio de uma aplicação de máscara física. Uma máscara física pode ser feita cortando-se aberturas desejáveis em um filme que tenha propriedades desejáveis de barreira e/ou de embalagem. Adicionalmente, o filme pode ter adesivo sensível à pressão aplicado a um ou ambos os lados. Finalmente, o filme pode ter revestimentos de liberação protetores aplicados a um ou a ambos os adesivos. O revestimento de liberação pode servir à finalidade dupla de proteger o adesivo durante o corte da abertura e proteger o adesivo durante as etapas de processamento específicas de montagem da célula eletroquímica, especificamente a etapa de preenchimento do catodo, descrita a seguir em detalhes. 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 baixa energia de superfície, e podem ter uma espessura aproximada de 50 mícrons. Nesses exemplos, a máscara de zinco de multicamada pode compreender PSAe filme de PET. Os filmes de PET e a máscara de zinco PET/PSA, conforme descrito aqui, podem ser desejavelmente processados com equipamento de microusinagem a laser com precisão de nanossegundo, como por exemplo, a estação de trabalho de microusinagem a laser Oxford Lasers E-Series, para criar aberturas ultraprecisas na máscara para facilitar a deposição posterior. Em essência, uma vez que a máscara de zinco tenha sido fabricada, um lado do revestimento de liberação pode ser removido, e a máscara dotada de aberturas pode ser laminada ao coletor de corrente do ânodo e/ou ao filme/folha de embalagem do lado do ânodo. Dessa maneira, o PSA cria uma vedação nas bordas internas das aberturas, facilitando o mascaramento limpo e preciso do zinco durante a eletrodeposição.

[0126] A máscara de zinco pode ser depositada e, então, a eletrodeposição de um ou mais materiais metálicos pode ser executada. Em alguns exemplos, o zinco pode ser eletrodepositado diretamente sobre uma folha de coletor de corrente do ânodo compatível eletroquimicamente, como latão. Em exemplos de projeto alternativos, onde a embalagem do lado do ânodo inclui um filme polimérico ou filme polimérico de múltiplas camadas ao qual a metalização de partícula inicial foi aplicada, o zinco e/ou as soluções de deposição usadas para depositar o zinco, podem não ser quimicamente compatíveis com a metalização de partícula inicial subjacente. As manifestações de falta de compatibilidade podem incluir craqueamento do filme, corrosão e/ou evolução exacerbada de H2 mediante contato com o eletrólito da célula. Em tal caso, metais adicionais podem ser aplicados ao metal de inicialização para melhor afetar a compatibilidade química geral no sistema. Um metal que pode ter utilidade particular em construções de célula eletroquímica pode ser o índio. O índio pode ser amplamente usado como um agente de formação de liga em zinco de grau de bateria, com sua função principal sendo fornecer uma propriedade anticorrosão ao zinco na presença de eletrólito. Em alguns exemplos, o índio pode ser depositado com sucesso em diversas metalizações de partícula inicial, como Ti-W e Au. Os filmes resultantes de 1 a 3 mícrons de índio nas camadas de metalização de partícula inicial podem ser de baixa tensão e aderentes. Dessa maneira, o filme de embalagem do lado do ânodo e o coletor de corrente fixado, tendo uma camada de topo de índio, podem ser conformáveis e duráveis. Em alguns exemplos, pode ser possível depositar zinco sobre uma superfície tratada com índio, o depósito resultante pode ser muito não uniforme e nodular. Esse efeito pode ocorrer em definições de densidade de corrente inferior, por exemplo, 215,27 amps por metro quadrado (20 amps por pé quadrado) (ASF)). Conforme visto sob um microscópio, podem ser observados nódulos de zinco se formando sobre o depósito uniforme de índio subjacente. Em certos projetos de célula eletroquímica, a tolerância de espaço vertical para a camada de ânodo de zinco pode ser de cerca de até 5 a 10 mícrons, no máximo, mas em alguns exemplos, podem ser usadas densidades de corrente mais baixas para a deposição de zinco, e os crescimentos nodulares resultantes podem ficar mais altos do que a tolerância vertical máxima de ânodo. Pode ser que o crescimento de zinco nodular resulte de uma combinação do alto sobrepotencial de índio e da presença de uma camada de óxido de índio.

[0127] Em alguns exemplos, a deposição com densidade de corrente DC mais alta pode superar os padrões de crescimento nodular relativamente grandes de zinco sobre superfícies de índio. Por exemplo, as condições de deposição de 100 ASF podem resultar em zinco nodular, mas o tamanho dos nódulos de zinco pode ser drasticamente reduzido em comparação a condições de deposição de 20 ASF. Além do mais, o número de nódulos pode ser muito maior sob as condições de deposição de 100 ASF. O filme de zinco resultante pode finalmente coalescer em uma camada mais ou menos uniforme com apenas alguma característica residual de crescimento nodular, enquanto atende à tolerância de espaço vertical de cerca de 5 a 10 mícrons.

[0128] Um benefício adicional de índio na célula eletroquímica pode ser a redução do gás hidrogênio, que pode ser um processo lento que ocorre em células eletroquímicas aquosas que contêm zino. O índio pode ser aplicado de modo benéfico a um ou mais dentre o coletor de corrente do ânodo, o próprio ânodo como um componente de formação de liga codepositado, ou como um revestimento superficial sobre o zinco eletrodepositado. Para o último caso, os revestimentos de superfície de índio podem ser desejavelmente aplicados in situ por meio de um aditivo de eletrólito tal como tricloreto de índio ou acetato de índio. Quando tais aditivos podem ser adicionados ao eletrólito em pequenas concentrações, o índio pode depositar espontaneamente sobre superfícies expostas de zinco, assim como porções expostas de coletor de corrente do ânodo.

[0129] Zinco, e ânodos similares comumente usados em baterias primárias comerciais, é tipicamente encontrado em forma de folha, haste e pasta. O ânodo de uma batería em miniatura, biocompatível, pode ter uma forma similar, por exemplo, folha fina, ou pode ser depositado, conforme mencionado anteriormente. As propriedades desse ânodo podem ser significativamente diferentes daquelas em baterias existentes, por exemplo, devido a diferenças em contaminantes ou acabamento superficial atribuído a processos de usinagem e deposição. Consequentemente, os eletrodos e o eletrólito podem requerer manipulação especial para atender aos requisitos de capacidade, impedância e vida útil. Por exemplo, parâmetros de processo de deposição especiais, composição do banho de deposição, tratamento de superfície e composição do eletrólito podem ser necessários para otimizar o desempenho do eletrodo.

Mistura do Catodo [0130] Pode haver numerosas misturas de produtos químicos de catodo que podem ser consistentes com os conceitos da presente descrição. Em alguns exemplos, uma mistura para cátodo, que pode ser um termo para uma formulação química usada para formar o catodo de uma batería, pode ser aplicada como uma pasta ou pasta aquosa, e pode incluir dióxido de manganês, alguma forma de carbono condutivo, como negro de fumo ou grafite e outros ingredientes opcionais. Em alguns exemplos, esses componentes opcionais podem incluir um ou mais dentre ligantes, sais de eletrólito, inibidores de corrosão, água ou outros solventes, tensoativos, modificadores de reologia e outros aditivos condutores como, por exemplo, polímeros condutivos. Uma vez formulada e misturada de modo adequado, a mistura do catodo pode ter uma reologia desejável que permite que a mesma seja dispensada sobre porções desejadas do separador e/ou coletor de corrente do cátodo, ou seja passada com um rodo através de uma tela ou estêncil de maneira similar. Em alguns exemplos, a mistura para cátodo pode ser seca antes de etapas posteriores de montagem da célula, enquanto que, em outros exemplos, o catodo pode conter alguns ou todos os componentes de eletrólito, e só pode ser parcialmente seco até um teor de umidade selecionado.

[0131] O dióxido de manganês que pode ser usado na mistura para cátodo pode ser, por exemplo, dióxido de manganês eletrolítico (DME), devido à capacidade de energia adicional benéfica que esse 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 em baterias da presente descrição pode precisar ter um tamanho de partícula e distribuições de tamanho de partícula que possam ser condutivas para a formação de pastas/pastas fluidas de mistura para cátodo depositável ou imprimível. Especificamente, o EMD pode ser processado para a remoção de componente particulado significativo grande, que seria considerado grande em relação a outros recursos como dimensões internas da bateria, espessuras do separador, diâmetros de ponta dispensadora, tamanhos de abertura de estêncil, ou tamanhos de malha de tela. Em alguns exemplos, o EMD pode ter um tamanho médio de partícula de 7 mícrons, com um teor de partícula grande que pode conter particulados até cerca de 70 mícrons. Em exemplos alternativos, o EMD pode ser peneirado, adicionalmente moído ou separado ou processado de outro modo para limitar o teor de particulado grande para abaixo de um certo limite, por exemplo, 25 mícrons ou menos. Um processo útil para a redução de tamanho de partícula de EMD pode ser moagem por jato, onde o particulado submicrométrico pode ser obtido. Os outros processos úteis para a redução de tamanho de partícula grande podem incluir a moagem por esfera ou moagem em 3 cilindros da pasta de mistura para cátodo antes do uso.

[0132] Um aspecto crítico da pasta de mistura para cátodo pode ser o aglutinante polimérico. O aglutinante pode servir a uma série de funções na pasta de mistura para cátodo. A função primária do aglutinante pode ser criar uma rede elétrica interpartículas suficiente entre as partículas EMD e as partículas de carbono. Uma função secundária do aglutinante pode ser facilitar o contato elétrico com o coletor de corrente do cátodo. Uma terceira função do aglutinante pode ser influenciar as propriedades reológicas da pasta de mistura para cátodo para dispensação vantajosa e/ou estêncil/peneiramento. Ainda, uma quarta função do aglutinante pode ser aprimorar a absorção e distribuição de eletrólito no interior do cátodo. A escolha do polímero aglutinante, assim como da quantidade específica a ser usada, pode ser crítica à 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, continuidade elétrica, pode ser drasticamente afetada até o ponto de não funcionalidade da célula. Por outro lado, se o polímero aglutinante for insolúvel no eletrólito a ser usado, porções de EMD podem ficar ionicamente isoladas do eletrólito, resultando em desempenho reduzido da célula, como capacidade reduzida, tensão de circuito aberto mais baixa e/ou maior resistência interna. No final, a escolha do polímero ligante e da quantidade a ser utilizada pode ser uma ação de equilíbrio cuidadosa que pode necessitar ser determinada por experimentação cuidadosa, em alguns exemplos que utilizam a abordagem de projeto dos experimentos (DOE). Os exemplos de polímeros aglutinantes úteis para a presente descrição incluem polivinilpirrolidona, poliisobutileno, copolímeros de tribloco de borracha, incluindo blocos de extremidade de estireno, como aqueles fabricados pela Kraton Polymers, copolímeros em bloco de látex de estireno-butadieno, ácido poliacrílico, hidroxietilcelulose, carboximetilcelulose, entre outros.

[0133] O cátodo pode incluir também dióxido de prata ou oxi-hidróxido de níquel, entre outros materiais candidatos. Tais materiais podem oferecer maior capacidade e menor diminuição na tensão carregada durante a descarga em relação ao dióxido de manganês, ambas as propriedades desejáveis em uma bateria. As baterias baseadas nesses catodos podem ter exemplos atuais presentes na indústria e na literatura. Uma microbateria inovadora que utiliza um cátodo de dióxido de prata pode incluir um eletrólito biocompatível, por exemplo, um composto de cloreto de zinco e/ou cloreto de amônio, em vez de hidróxido de potássio.

Arquitetura e Fabricação da Batería [0134] A arquitetura e tecnologia de fabricação da bateria podem ser intimamente interligadas. Conforme foi discutido em seções anteriores da presente descrição, uma bateria tem os seguintes elementos: catodo, ânodo, separador, eletrólito, coletor de corrente do cátodo, coletor de corrente do ânodo e encapsulamento. O projeto inteligente pode tentar combinar esses elementos de maneira fácil para fabricar subconjuntos. Em outros exemplos, o projeto otimizado pode ter componentes de duplo uso, por exemplo, com o uso de uma embalagem de metal para ter função dupla como um coletor de corrente. De um ponto de vista de volume relativo e espessura, esses elementos podem ter quase todos o mesmo volume, exceto o catodo. Em alguns exemplos, o sistema eletroquímico pode requerer cerca de duas (2) a dez (10) vezes o volume de catodo em relação ao ânodo, devido a diferenças significativas na densidade mecânica, densidade energética, eficiência de descarga, pureza do material e à presença de aglutinantes e agentes condutivos. Nesses exemplos, a escala relativa dos vários componentes pode ser aproximada nas seguintes espessuras dos elementos: Coletor de corrente do ânodo = 1 pm; coletor de corrente do cátodo = 1 pm; eletrólito = líquido intersticial (eficazmente 0 pm); Separador = tão fino ou espesso quanto desejado, onde a espessura máxima planejada pode ser cerca de 15 pm; Anodo = 5 pm; e o catodo = 50 pm. Para esses exemplos de elementos, a embalagem necessária para fornecer proteção suficiente para manter os produtos químicos da bateria em ambientes de uso pode ter uma espessura máxima planejada de cerca de 50 pm.

[0135] Em alguns exemplos, que podem ser fundamentalmente diferentes de grandes construções prismáticas, como formas cilíndricas ou retangulares, e que podem ser diferentes de construções de estado sólido baseadas em pastilha, tais exemplos podem assumir uma construção tipo "bolso", usando mantas ou folhas fabricadas em várias configurações, com elementos de batería dispostos no interior. O confinamento pode ter dois filmes ou um filme dobrado sobre o outro lado, sendo que uma configuração ou outra podem formar duas superfícies aproximadamente planas, que, então, podem ser seladas no perímetro para formar um recipiente. Esse fator de forma delgado-porém-largo pode tornar os próprios elementos de bateria delgados e largos. Além disso, esses exemplos podem ser adequados para aplicação através de revestimento, impressão por gravura, impressão serigráfica, bombardeamento iônico ou outra tecnologia de fabricação similar.

[0136] Pode haver numerosos arranjos dos componentes internos, como o ânodo, o separador e o catodo, nesses exemplos de bateria "tipo bolso", com fator de forma delgado-porém-largo. Dentro da região envolvida formada pelos dois filmes, esses elementos básicos podem ser "coplanares", ou seja, lado a lado no mesmo plano, ou "cofaciais", que podem estar face a face em planos opostos. Na disposição coplanar, o ânodo, o separador e o catodo podem ser depositados sobre a mesma superfície. Para a disposição cofacial, o ânodo pode ser depositado sobre a superfície 1, o catodo pode ser depositado sobre a superfície 2 e o separador pode ser posicionado entre os dois, ou ser depositado em um dos lados, ou inserido como seu próprio elemento separado.

[0137] Um outro tipo de exemplo pode ser classificado como montagem laminada, que pode envolver o uso de filmes, em forma de manta ou folha, para constituir uma batería camada a camada. As folhas podem ser coladas uma na outra com o uso de adesivos, como adesivos sensíveis à pressão, adesivos ativados termicamente ou adesivos à base de reação química. Em alguns exemplos, as folhas podem ser coladas por técnicas de soldagem, como soldagem térmica, soldagem ultrassônica e similares. As folhas se prestam a práticas comuns da indústria, como montagem rolo a rolo (R2R) ou folha a folha. Conforme indicado anteriormente, um volume interno para o catodo pode precisar ser substancialmente maior que os outros elementos ativos na batería. Muito de uma construção de batería pode ser ter que criar espaço desse material de cátodo e impedi-lo de migrar durante a flexão da batería. Uma outra porção da construção de bateria que pode consumir porções significativas do orçamento da espessura pode ser o material separador. Em alguns exemplos, uma forma de separador em folha pode criar uma solução vantajosa para o processamento do laminado. Em outros exemplos, o separador pode ser formado pela dispensação de material de hidrogel em uma camada para agir como o separador. Para a abordagem de separador em folha, uma outra camada de laminado pode ser introduzida para conter esse elemento. Para o separador de hidrogel dispensado, a espessura do dispositivo formado pode aumentar de modo a acomodar o volume de material espaçador necessário para conter o separador.

[0138] Nesses exemplos de conjunto de bateria laminada, o produto em formação pode ter uma folha de ânodo, que pode ser uma combinação de uma camada de embalagem e um coletor de corrente do ânodo, assim como um substrato para a camada de ânodo. O produto em formação pode ter também uma folha espaçadora separadora opcional, uma folha espaçadora de catodo e uma folha de catodo. A folha de catodo pode ser uma combinação de uma camada de embalagem e uma camada de coletor de corrente do cátodo.

[0139] O contato íntimo entre os eletrodos e os coletores de corrente tem importância crítica para reduzir a impedância e aumentar a capacidade de descarga. Se porções do eletrodo não estiverem em contato com o coletor de corrente, a resistência pode aumentar, já que a condutividade está, então, através do eletrodo (tipicamente menos condutivo do que o coletor de corrente) ou uma porção do eletrodo pode se tornar totalmente desconectada. Em célula em formato de moeda e baterias cilíndricas, a proximidade é realizada com força mecânica para frisar a lata, colocar a pasta dentro de uma lata ou através de meios similares. Arruelas onduladas ou molas similares são usadas em células comerciais para manter a força no interior da bateria; no entanto, isso aumenta a espessura total de uma batería em miniatura. Em baterias típicas, um separador pode ser saturado em eletrólito, colocado através do eletrodo e pressionado para baixo pela embalagem externa. Em uma bateria laminar cofacial, existem diversos métodos para aumentar a proximidade do eletrodo. O ânodo pode ser depositado diretamente no coletor de corrente, ao invés de usar uma pasta. Esse processo resulta, inerentemente, em um alto nível de proximidade e condutividade. Entretanto, o catodo é tipicamente uma pasta. Embora material aglutinante presente na pasta de catodo possa fornecer adesão e coesão, pode ser necessário pressão mecânica para assegurar que a pasta de catodo permaneça em contato com o coletor de corrente do cátodo. Isso pode ser especialmente importante à medida que a embalagem é flexionada e a bateria fica velha e descarrega, por exemplo, conforme a umidade deixa a embalagem através das vedações finas e pequenas. A compressão do catodo pode ser obtida na bateria laminar cofacial pela introdução de um separador maleável e/ou eletrólito entre o ânodo e o catodo. Um separador de hidrogel ou eletrólito gel, por exemplo, podem fazer compressão sobre o conjunto e não simplesmente esgotar a batería, como um eletrólito líquido faria. Uma vez que a batería esteja selada, o eletrólito e/ou separador podem, então, empurrar de volta contra o catodo. Uma etapa de gofragem pode ser realizada após a montagem da pilha laminar, introduzindo compressão na pilha.

Processamento Ilustrado Exemolificador de Elementos de Enerqizacão Biocompatíveis - Separador Colocado [0140] Um exemplo das etapas que podem estar envolvidas no processamento de elementos de energização biocompatíveis pode ser encontrado em referência às Figuras 4A a 4N. O processamento, em algumas das etapas exemplificadoras, pode ser encontrado nas figuras individuais. Na Figura 4A, uma combinação de um Espaçador de catodo de PET 401 e um Espaçador de Vão de PET 404 pode ser ilustrada. O Espaçador de Catodo de PET 401 pode ser formado pela aplicação de filmes de PET 403, que podem ter, por exemplo, aproximadamente 0,08 milímetros (3 mils) de espessura. Em um lado ou outro da camada de PET, podem ser encontradas camadas de PSA, ou as mesmas podem ser terminadas com uma camada de liberação de PVDF 402 que pode ter aproximadamente 0,03 milímetros (1 mil) de espessura. O Espaçador de Vão de PET 404 pode ser formado de uma camada de PVDF 409 que pode ter, aproximadamente, espessura de 0,08 milímetros (3 mils). Pode haver uma camada de terminação de PET 405 que pode ter aproximadamente 0,01 milímetros (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.

[0141] Prosseguindo para a Figura 4B, uma cavidade 406 na camada espaçadora de Vão pode ser cortada por tratamento de corte a laser. A seguir, na Figura 4C, a camada espaçadora de Vão de PET pode ser laminada 408 à camada Espaçadora de Catodo de PET.

Prosseguindo para a Figura 4D, uma cavidade espaçadora de catodo 410 pode ser cortada por tratamento de corte a laser. O alinhamento dessa etapa de corte pode ser registrado aos recursos cortados anteriormente na Camada Espaçadora de Vão de PET. Na Figura 4E, uma camada de Celgard 412, para uma camada separadora final, pode ser colada a um carreador 411. Prosseguindo para a Figura 4F, o material Celgard pode ser cortado em figuras que estão entre o tamanho das duas cavidades cortadas a laser anteriormente, e aproximadamente o tamanho da cavidade espaçadora de vão de PET, formando um separador pré-cortado 420. Prosseguindo para a Figura 4G, uma ferramenta de braços manipuladores do tipo "pick-and-place" 421 pode ser usada para capturar e posicionar pedaços distintos de Celgard em seus locais desejados no dispositivo em formação. Na Figura 4H, os pedaços de Celgard posicionados 422 são mantidos no lugar e, então, a camada de liberação de PVDF 423 pode ser removida. Prosseguindo para a Figura 4I, a estrutura do dispositivo em formação pode ser colada a um filme do ânodo 425. O ânodo pode incluir um filme coletor do ânodo, no qual um filme de ânodo de zinco foi eletrodepositado.

[0142] Prosseguindo para a Figura 4J, a 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 pela peça de trabalho e, no processo, preencher os vãos dos dispositivos de batería que estão sendo formados. Após o preenchimento, a camada de liberação de PVDF remanescente 432 pode ser removida, o que pode resultar na estrutura ilustrada na Figura 4K. Na Figura 4L, toda a estrutura pode estar sujeita a um processo de secagem que pode encolher a pasta fluida para cátodo 440 para também estar na altura da camada de topo PET. Prosseguindo para a Figura 4M, uma camada de filme de catodo 450, que já pode ter sobre a mesma o filme coletor de catodo, pode ser colada à estrutura em formação. Em uma ilustração final na Figura 4N, um processo de corte a laser pode ser executado para remover regiões laterais 460 e formar um elemento de batería 470. Pode haver numerosas alterações, deleções, mudanças nos materiais e espessuras pretendidas que podem ser úteis para o intento da presente descrição.

[0143] O resultado do processamento exemplificador pode ser ilustrado com algum detalhe na Figura 5. Em um exemplo, os seguintes recursos de referência podem ser definidos. Os produtos químicos do catodo 510 podem estar situados em contato com o catodo e o coletor de catodo 520. Uma camada de adesivo sensível à pressão 530 pode reter e selar o coletor de catodo 520 em uma camada Espaçadora de PET 540. No outro lado da Camada Espaçadora PET 540, pode haver outra camada de PSA 550, que sela e adere a Camada Espaçadora de PET 540 à camada de Vão de PET 560. Uma outra camada de PSA 565 pode selar e aderir a camada de Vão de PET 560 às camadas de Anodo e de Coletor de Corrente de Anodo. Uma camada com depósito de zinco 570 pode ser depositada no Coletor de corrente de Anodo 580. A camada separadora 590 pode estar situada dentro da estrutura para realizar as funções associadas, conforme definido na presente descrição. Em alguns exemplos, pode ser adicionado um eletrólito durante o processamento do dispositivo, em outros exemplos, o separador pode já incluir um eletrólito.

Ilustração de Processamento Exemplificador de Elementos de Enerqização Biocompatíveis - Separador Depositado [0144] Um exemplo das etapas que podem estar envolvidas no processamento de elementos de energização biocompatíveis pode ser encontrado nas Figuras 6A a 6F. O processamento em algumas das etapas exemplificadoras pode ser encontrado nas figuras individuais. Pode haver numerosas alterações, deleções, mudanças nos materiais e espessuras pretendidas que podem ser úteis para o intento da presente descrição.

[0145] Na Figura 6A, uma construção laminar 600 pode ser ilustrada. A estrutura laminar pode compreender duas camadas de liberação de construção laminar, 602 e 602a; duas camadas adesivas de construção laminar 604 e 604a, localizadas entre as camadas de liberação de construção laminar 602 e 602a, e um núcleo de construção laminar 606, localizado entre as duas camadas adesivas de construção laminar 604 e 604a. As camadas de liberação de construção laminar 602 e 602a e as camadas adesivas 604 e 604a podem ser produzidas ou adquiridas, como a fita de transferência de adesivo sensível à pressão disponível para comercialização com a camada de forro primário. As camadas de adesivo de construção laminar podem ser uma camada de PVDF, que pode ter aproximadamente 1 a 3 milímetros de espessura e terminar o núcleo de construção laminar 606. O núcleo de construção laminar 606 pode compreender uma resina de polímero termoplástico como politereftalato de etileno, que pode ter, por exemplo, aproximadamente 3 milímetros de espessura. Prosseguindo para a Figura 6B, uma cavidade para o bolso de catodo 608 pode ser cortada na construção laminar por tratamento de corte a laser.

[0146] A seguir, na Figura 6C, a camada de liberação de construção laminar de fundo 602 pode ser removida da construção laminar, expondo a camada adesiva de construção laminar 604. Então, a camada adesiva de construção laminar 604 pode ser usada para aderir uma folha de conexão de ânodo 610 para cobrir a abertura de fundo do bolso de catodo 608. Prosseguindo para a Figura 6D, a folha de conexão de ânodo 610 pode ser protegida na camada de fundo 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 forro primário. A seguir, na Figura 6E, a folha de conexão de ânodo 610 pode ser eletrodepositada com um metal coerente 614, zinco, por exemplo, que reveste a seção exposta da folha de conexão de ânodo 610 no interior do bolso de catodo. Prosseguindo para 6F, a camada de mascaramento do coletor elétrico do ânodo 612 é removida do fundo da folha de conexão de ânodo 610 após a eletrodeposição.

[0147] As Figuras 7A a 7F ilustram um modo alternativo de processar as etapas do método ilustrado nas Figuras 6A a 6F. As Figuras 7A a 7b podem ilustrar processos similares aos ilustrados nas Figuras 6A a 6B. A estrutura laminar pode ser composta de duas camadas de liberação de construção laminar, 702 e 702a, uma camada em uma extremidade ou outra; duas camadas adesivas de construção laminar 704 e 704a, localizadas entre as camadas de liberação de construção laminar 702 e 702a, e um núcleo de construção laminar 706, localizado entre as duas camadas adesivas de construção laminar 704 e 704a. As camadas de liberação de construção laminar e as camadas adesivas podem ser produzidas ou adquiridas, como a fita de transferência de adesivo sensível à pressão disponível para comercialização com a camada de forro primário. As camadas de adesivo de construção laminar podem ser uma camada de fluoreto de polivinilideno (PVDF), que pode ter aproximadamente 1 a 3 milímetros de espessura e terminar o núcleo de construção laminar 706. O núcleo de construção laminar 706 pode compreender uma resina de polímero termoplástico como politereftaiato de etileno, que pode ter, por exemplo, aproximadamente 3 milímetros de espessura. Prosseguindo para a Figura 7B, uma cavidade para o bolso de catodo 708 pode ser cortada na construção laminar por tratamento de corte a laser. Na Figura 7C, uma folha de conexão de ânodo 710 pode ser obtida, e uma camada de mascaramento protetora 712 aplicada a um lado. A seguir, na Figura 7D, a folha de conexão de ânodo 710 pode ser eletrodepositada com uma camada 714 de um metal coerente, zinco por exemplo. 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 de liberação 702 da Figura 7B pode ser removida de modo a expor a camada adesiva 704a da Figura 7B para aderência à camada eletrodepositada 714 da Figura 7D. Prosseguindo a seguir para a Figura 7F, a camada de mascaramento protetora de ânodo 712 pode ser removida do fundo da folha de conexão de ânodo 710.

[0148] 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 7Aa 7F. Prosseguindo para a Figura 8A, uma mistura precursora de separador hidrogel 820 pode ser depositada sobre a superfície do conjunto laminado. Em alguns exemplos, conforme ilustrado, a mistura precursora de hidrogel 820 pode ser aplicada a uma camada de liberação 802. A seguir, na Figura 8B, a mistura precursora de separador hidrogel 820 pode ser passada 850 para o bolso de catodo enquanto é removida da camada de liberação 802. O termo "passada (squeegeed)" pode se referir, de maneira geral, ao uso de uma ferramenta para tornar plano ou raspar para esfregar pela superfície e mover material fluido sobre a superfície e para dentro das cavidades, já que elas existem. O processo de passar o rodo pode ser executado por equipamento similar ao dispositivo do tipo "Rodo" vernacular, ou, alternativamente, o dispositivo para tornar plano, como gumes de faca, gumes de gilete e similares, que pode ser produzido a partir de inúmeros materiais, conforme possa ser quimicamente consistente com o material a ser movido.

[0149] O processamento ilustrado na Figura 8B pode ser executado diversas vezes para assegurar o revestimento do bolso de catodo e incrementar a espessura dos recursos resultantes. A seguir, na Figura 8C, a mistura precursora de separador hidrogel pode ser deixada a secar de modo a evaporar materiais, que podem ser, tipicamente, solventes ou diluentes de diversos tipos, da mistura precursora de separador hidrogel; e então, os materiais dispensados e aplicados podem ser curados. Pode ser possível repetir ambos os processos ilustrados na Figura 8B e Figura 8C em combinação em alguns exemplos. Em alguns exemplos, a mistura precursora de separador hidrogel pode ser curada por exposição ao calor enquanto, em outros exemplos, a cura pode ser realizada por exposição a energia de fóton. Ainda em outros exemplos, a cura pode envolver tanto a exposição a energia de fóton quanto a calor. Pode haver numerosas maneiras de curar a mistura precursora de separador hidrogel.

[0150] O resultado da cura pode ser formar o material precursor de separador hidrogel na parede do bolso de catodo, assim como a região da superfície próxima a um ânodo ou catodo que, no presente exemplo, pode ser um ânodo. A aderência do material às paredes laterais da cavidade pode ser útil na função de separação de um separador. O resultado da cura pode ser formar um concentrado de mistura de precursores polimerizada desidratada 822, que pode ser simplesmente considerado o separador da célula. Prosseguindo para a Figura 8D, a pasta fluida para cátodo 830 pode ser depositada sobre a superfície da camada de liberação da construção laminar 802. A seguir, na Figura 8E, a pasta fluida para cátodo 830 pode ser passada para o bolso de catodo e para o concentrado de mistura de precursor polimerizado hidrogel 822. A pasta fluida para cátodo pode ser movida para seu local desejado na cavidade enquanto, simultaneamente, é removida até um alto grau, da camada de liberação da construção laminar 802. O processo da Figura 8E pode ser realizado diversas vezes para assegurar o revestimento da pasta fluida para cátodo 830 no topo do concentrado da mistura de precursor polimerizada desidratada 822. A seguir, na Figura 8F, a pasta fluida para cátodo pode ser deixada a secar para formar um preenchimento de cátodo isolado 832 no topo do concentrado de mistura de precursor polimerizada desidratada 822, preencher o restante do bolso de cátodo [0151] Prosseguindo para a Figura 8G, uma formulação de eletrólito 840 pode ser adicionada ao preenchimento de cátodo isolado 832 e deixada a hidratar o preenchimento de cátodo isolado 832 e o concentrado de mistura de precursor polimerizado desidratado 822. A seguir, na Figura 8H, uma folha de conexão de cátodo 816 pode ser aderida à camada adesiva da construção laminar remanescente 804 pela remoção da camada de liberação da construção laminar remanescente 802 e pressionando-se a folha de conexão 816 no lugar. O posicionamento resultante pode resultar na cobertura do preenchimento de cátodo hidratado 842, assim como estabelecer contato elétrico com o preenchimento do cátodo 842, como um coletor de corrente do cátodo e meios de conexão.

Exemplos Alternativos de Separadores Colocados [0152] As Figuras 9A a 9C podem ilustrar um exemplo alternativo da estrutura laminada resultante ilustrada na figura 7D. Na Figura 9A, a folha de conexão de ânodo 710 pode ser obtida, e uma camada de mascaramento protetora 712 aplicada a um lado. A folha de conexão de ânodo 710 pode ser depositada com uma camada 714 de um metal coerente, zinco, por exemplo. De modo similar, conforme descrito nas figuras anteriores. Prosseguindo para a Figura 9B, um separador de filme polimérico 910, que pode ser formado de Celgard, conforme discutido anteriormente, pode ser aplicado. O separador de filme polimérico pode ser aplicado de diversas maneiras, por exemplo, um filme pré-formado da mistura pode ser aderido por aderência física e, alternativamente, uma mistura diluída de um adesivo pode ser dispensada e, então, ajustada a uma espessura desejada pelo processamento de revestimento por centrifugação. Alternativamente, o material adesivo pode ser aplicado por revestimento por aspersão ou qualquer outro processamento equivalente e, então, o separador de filme polimérico pode ser aplicado. Em alguns exemplos, o separador de filme polimérico pode ser padronizado de maneira descrita em referência à Figura 4 antes de ser aderido ao ânodo. Em alguns exemplos alternativos, onde o separador de filme polimérico é colocado em uma camada não padronizada, na Figura 9C, pode ocorrer um processamento para criar um segmento do separador que pode funcionar como confinamento ao redor de uma região de separador. O processamento pode criar uma região que pode limitar o fluxo ou difusão de materiais, como eletrólito, para fora da estrutura interna dos elementos de bateria formados. Tal recurso de bloco 920 de vários tipos, pode ser formado, consequentemente. Em alguns exemplos, regiões do material separador polimérico podem ser removidas, por exemplo, por ataque químico da camada com mascaramento para definir a extensão regional. A região de material removido pode criar um recurso de bloqueio por si mesma, ou, alternativamente, materialmente pode ser devolvido para o vazio para criar um recurso de bloqueio. Em alguns exemplos, uma construção, ou conjunto laminado do tipo ilustrado como resultado do processamento na Figura 9C, pode ser formada sem o recurso de bloqueio 920.

Separadores de Elemento de Bateria Polimerizados [0153] Em alguns projetos de bateria, o uso de um separador discreto (conforme descrito em uma seção anterior) pode ser precluido devido a uma variedade de razões, como o custo, a disponibilidade de materiais, a qualidade de materiais ou a complexidade de processamento para alguma opção 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 amido ou separadores em pasta tenham sido usados comercialmente com sucesso em baterias AA, e outro formato Leclanché ou zinco-carbono, tais separadores podem não ser adequados em algumas maneiras para uso em certos exemplos de microbaterias laminares. Pode ser necessário prestar especial atenção à uniformidade e consistência de geometria para qualquer separador usado nas baterias da presente descrição. O controle preciso sobre o volume do separador pode ser necessário para facilitar a precisa incorporação subsequente de volumes conhecidos de catodo e subsequente realização de capacidades de descarga consistentes e desempenho da célula.

[0154] Um método para obter um separador formado no lugar, uniforme, mecanicamente robusto, pode ser usar formulações de hidrogel curáveis por UV. Numerosas formulações de hidrogel permeáveis a água podem ser conhecidas em várias indústrias, por exemplo, a indústria de lente de contato. Um exemplo de um hidrogel comum na indústria de lente de contato pode ser gel reticulado de poli(metacrilato de hidróxi-etila), ou simplesmente pHEMA. Para inúmeras aplicações da presente descrição, o pHEMA pode possuir muitas propriedades atraentes para uso em baterias Leclanché e de zinco-carbono. O pHEMA tipicamente pode manter um teor de água de aproximadamente 30 a 40% 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 teor de água de hidrogéis reticulados podem ser ajustadas por alguém versado na técnica pela incorporação de componentes hidrofílicos adicionais monoméricos (por exemplo, ácido metacrílico) ou poliméricos (por exemplo, polivinilpirrolidona). Dessa maneira, o teor de água, ou mais especificamente, a permeabilidade iônica do hidrogel pode ser ajustada pela formulação.

[0155] De particular vantagem, em alguns exemplos, uma formulação hidrogel que pode ser fundida e polimerizada pode conter um ou mais diluentes para facilitar o processamento. O diluente pode ser escolhido para ser volátil, de modo que a mistura fusível possa ser passada por uma cavidade, e, então, permite-se um tempo de secagem suficiente para remover o componente solvente volátil. Após a secagem, uma fotopolimerização em volume pode ser iniciada pela exposição à radiação actínica de comprimento de onda adequado, como luz UV azul a 420 nm, para o fotoiniciador escolhido, como CG 819. O diluente volátil pode ajudar a fornecer uma viscosidade de aplicação desejável de modo a facilitar a fundição de uma camada uniforme de material polimerizável na cavidade. O diluente volátil pode fornecer também efeitos benéficos de abaixamento da tensão superficial, particularmente no caso em que monômeros fortemente polares são incorporados à formulação. Um outro aspecto que pode ser importante para obter a fundição de uma camada uniforme de material polimerizável na cavidade pode ser a viscosidade de apücação. Os monômeros reativos de pequena massa molar tipicamente não têm viscosidades muito altas, que podem ser, tipicamente, de apenas alguns centipoise. Em um esforço para fornecer controle da viscosidade benéfico do material separador fusível e polimerizável, um componente polimérico de alta massa molar conhecido por ser compatível com o material polimerizável pode ser selecionado para incorporação à formulação. Exemplos de polímeros de alta massa molar que podem ser adequados à incorporação em formulações exemplificadoras podem incluir polivinilpirrolidona e óxido de polietileno.

[0156] Em alguns exemplos, o separador fusível e polimerizável pode ser vantajosa mente aplicado a uma cavidade desejada, conforme anteriormente descrito. Em exemplos alternativos, pode não haver cavidade no momento da polimerização. Ao invés disso, a formulação do separador polimerizável pode ser revestida em um substrato que contenha eletrodo, por exemplo, latão com depósito de zinco padronizado, e, então, subsequentemente, exposto à radiação actínica usando uma fotomáscara para polimerizar seletivamente o material separador em áreas pretendidas. Então, o material separador não reagido pode ser removido por exposição a solventes de enxague adequados. Nesses exemplos, o material separador pode ser designado como um separador fotopadronizável.

[0157] Os dispositivos biocompatíveis podem ser, por exemplo, dispositivos eletrônicos implantáveis, como marca-passos e coletores de microenergia, pílulas eletrônicas para monitorar e/ou testar uma função biológica, dispositivos cirúrgicos com componentes ativos, dispositivos oftálmicos, bombas microdimensionadas, desfibriladores, stents, ou similares.

[0158] Foram descritos exemplos específicos para ilustrar as modalidades de amostra para a formação, métodos de formação e aparelho de formação de elementos de energização biocompatíveis, inclusive 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 todos os exemplos que podem ser evidentes aos versados na técnica.

REIVINDICAÇÕES

Claims (31)

1. Método para formar um elemento de energização biocompatível, o método sendo caracterizado pelo fato de que compreende: receber um primeiro filme de substrato de um primeiro material isolante; receber um segundo filme de substrato de um segundo material isolante; cortar uma cavidade no segundo filme de substrato para formar uma camada espaçadora de vão; cortar uma cavidade no primeiro filme de substrato para formar uma camada espaçadora de catodo, sendo que uma borda da cavidade define uma parede lateral da cavidade; laminar uma primeira superfície da camada espaçadora de vão a uma primeira superfície da camada espaçadora de cátodo; posicionar um separador no elemento de energização biocompatível através da cavidade na camada espaçadora de vão; receber um filme de ânodo; aderir uma segunda superfície da camada espaçadora de vão a uma primeira superfície do filme de ânodo; receber uma pasta fluida para cátodo; e posicionar a pasta fluida para cátodo na cavidade na camada espaçadora de vão, sendo que a parede lateral da cavidade na camada espaçadora de catodo e uma superfície do separador posicionado formam uma cavidade que contém a pasta fluida para cátodo.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: receber um filme de contato de cátodo; e aderir uma segunda superfície da camada espaçadora de vão a pelo menos uma porção de uma primeira superfície do filme de contato de cátodo.

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: receber um primeiro filme de embalagem que compreende uma pilha de filmes, sendo que uma camada é uma barreira à umidade metálica; e aderir o primeiro filme de embalagem a pelo menos uma porção do filme de contato de cátodo.

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: receber um segundo filme de embalagem que compreende uma pilha de filmes, sendo que uma camada de filme é uma barreira à umidade metálica; e aderir o segundo filme de embalagem a pelo menos uma porção do filme de ânodo.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado fato de que compreende, ainda, aderir o elemento de energização biocompatível a uma porção de um dispositivo biomédico.

6. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o elemento de energização biocompatível é adicionado a um elemento de inserção de um dispositivo biomédico, sendo que o elemento de energização biocompatível é vedado no interior do elemento de inserção.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o dispositivo biomédico é uma lente de contato.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente adicionar uma formulação de eletrólito sobre o separador.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o a adição da formulação de eletrólito sobre o separador é realizada antes da colocação da pasta fluida para cátodo.

10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pasta fluida para cátodo compreende dióxido de manganês.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o dióxido de manganês compreende dióxido de manganês eletrolítico.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente o processamento da pasta fluida para cátodo para remover particulados grandes.

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que os tamanhos de partícula são menores do que aproximadamente 70 mícrons.

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que os tamanhos de partícula são menores do que aproximadamente 25 mícrons.

15. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o processamento para remover particulados grandes compreende moagem por esferas.

16. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o processamento para remover particulados grandes compreende moagem a jato.

17. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro filme de substrato e o segundo filme de substrato são um mesmo material.

18. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o mesmo material é tereftalato de polietileno.

19. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o corte da cavidade no primeiro filme de substrato utiliza um laser.

20. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o método para a aderência compreende ativar um adesivo sensível à pressão.

21. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que múltiplas cavidades são cortadas na camada espaçadora de cátodo, e o separador é depositado no interior de pelo menos duas das múltiplas cavidades.

22. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: eletrodepositar uma camada de zinco sobre o filme de ânodo antes de aderir a segunda superfície, sendo que a superfície da camada de zinco eletrodepositada se torna, subsequentemente, a primeira superfície do filme de ânodo.

23. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: fazer o elemento de energização biocompatível entrar em contato elétrico com um circuito eletrônico; e fazer o circuito eletrônico entrar em contato elétrico com um elemento eletroativo de um dispositivo biomédico.

24. Método, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente flexionar o dispositivo conforme definido na reivindicação 23 para formar uma peça de formato cônico unindo-se, fisicamente e eletricamente, duas extremidades do dispositivo conforme definido na reivindicação 23.

25. Método para a formação de um elemento de energização biocompatível, sendo que o método é caracterizado pelo fato de compreender: receber um primeiro filme de substrato de um primeiro material isolante; cortar uma cavidade no primeiro filme de substrato para formar uma camada espaçadora de catodo, sendo que uma borda da cavidade define uma parede lateral da cavidade; receber um filme de ânodo; receber um filme separador; aderir uma primeira superfície do filme separador ao filme de ânodo; aderir uma primeira superfície da camada espaçadora de cátodo a uma segunda superfície do filme separador; receber uma pasta fluida para cátodo; e posicionar a pasta fluida para cátodo na cavidade na camada espaçadora de catodo, sendo que a parede lateral da cavidade na camada espaçadora de catodo e a segunda superfície do filme separador contêm a pasta fluida para cátodo.

26. Método, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: receber um filme de contato de cátodo; e aderir uma segunda superfície da camada espaçadora de catodo a pelo menos uma porção de uma primeira superfície do filme de contato de cátodo.

27. Método, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: receber um primeiro filme de embalagem que compreende uma pilha de filmes, sendo que uma camada é uma barreira à umidade metálica; e aderir o primeiro filme de embalagem a pelo menos uma porção do filme de contato de cátodo.

28. Método, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: receber um segundo filme de embalagem que compreende uma pilha de filmes, sendo que uma camada de filme é uma barreira à umidade metálica; e aderir o segundo filme de embalagem a pelo menos uma porção do filme de ânodo.

29. Método, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: aderir o elemento de energização biocompatível a uma porção de um dispositivo biomédico.

30. Método, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que o elemento de energização biocompatível é adicionado a um elemento de inserção de um dispositivo biomédico, sendo que o elemento de energização biocompatível é vedado no interior do elemento de inserção.

31. Método, de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de que o dispositivo biomédico é uma lente de contato.