BR102015020087A2 - biocompatibilidade de elementos de energização biomédica - Google Patents

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James Daniel Riall
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Abstract

"biocompatibilidade de elementos de energização biomédica". projetos, estratégias e métodos para melhorar a biocompatibilidade de elementos de energização são descritos. em alguns exemplos, os elementos de energização biocompatível podem ser usados em dispositivo biomédico. em ainda outros exemplos, os elementos de energização biocompatível podem ser usados em uma lente de contato.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "BIO-COMPATIBILIDADE DE ELEMENTOS DE ENERGIZAÇÃO BIOMÉ-DICA".
REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS [001] Este pedido de patente reivindica o benefício do pedido provisório de patente US n°. 62/040178, depositado em 21 de agosto de 2014.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO 1. Campo da invenção [002] Projetos e métodos para melhorar aspectos da biocompati-bilidade de baterias são descritos. Em alguns exemplos, um campo de uso para as baterias biocompatíveis pode incluir qualquer dispositivo ou produto biocompatível que exija energia. 2. Descrição da técnica relacionada [003] Recentemente, diversos dispositivos médicos e suas funcionalidades começaram a ser desenvolvidos rapidamente. Esses dispositivos médicos podem incluir, por exemplo, marca-passos implantá-veis, pílulas eletrônicas para monitorar e/ou testar uma função biológica, dispositivos cirúrgicos com componentes ativos, lentes de contato, bombas de infusão e neuroestimulantes. Funcionalidade adicionada e um aumento no desempenho para muitos dos dispositivos médicos supracitados foram desenvolvidos e teorizados. Entretanto, para alcançar a funcionalidade adicionada teorizada, muitos desses dispositivos agora exigem meios de energização próprios que são compatíveis com as exigências de tamanho e formato destes dispositivos, assim como as exigências dos novos componentes energizados. [004] Alguns dispositivos médicos podem incluir componentes elétricos, como dispositivos semicondutores que realizam uma variedade de funções, e podem ser incorporados em muitos dispositivos biocompatíveis e/ou implantáveis. Entretanto, tais componentes semi- condutores exigem energia e, portanto, elementos de energização também têm que ser incluídos, de preferência, em tais dispositivos bi-ocompatíveis. A topologia e o tamanho relativamente pequeno dos dispositivos biocompatíveis podem criar ambientes 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 uma necessidade de elementos de energização biocompatíveis formados para implantação dentro ou sob os dispositivos biocompatíveis, onde a estrutura do milímetro ou elementos de energização com tamanho menor fornecem função melhorada para o elemento de energização enquanto mantém a biocompatibilidade.
[005] Um tal elemento de energização usado para energizar um dispositivo pode ser uma bateria. Ao utilizar uma bateria para fins de aplicações biomédicas, é importante que a estrutura e o projeto da bateria acomodem aspectos de biocompatibilidade. Assim, existe uma necessidade de exemplos inovadores para formar baterias biocompatíveis para uso em elementos de energização biocompatíveis. SUMÁRIO DA INVENÇÃO [006] Consequentemente, estratégias relacionadas a biocompatibilidade e projetos para uso em elementos de energização biocompatíveis são apresentados. [007] Um aspecto geral inclui um dispositivo biomédico que inclui um componente eletroativo, uma bateria biocompatível e uma camada de encapsulamento. A bateria biocompatível nesse aspecto inclui uma estrutura laminar, onde pelo menos uma camada da estrutura laminar tem um volume removido para formar uma cavidade. A camada en-capsulante pode compreender hidrogel, que pode encapsular pelo menos o componente eletroativo e a bateria biocompatível. Em alguns exemplos, a camada encapsulante de hidrogel é usada para definir um contorno de uma lente de contato, circundando componentes internos de uma lente eletroativa com uma camada biocompatível de hidrogel que interage com a superfície do olho de um usuário. Em alguns exemplos a natureza da solução de eletrólitos fornece melhorias para a biocompatibilidade do dispositivo biomédico. Por exemplo, a composição da solução de eletrólitos pode ter concentrações de eletrólito mais reduzidas do que composições de baterias típicas. Em outros exemplos, a composição de eletrólitos pode imitar o ambiente biológico que o dispositivo biomédico ocupa, como a composição de fluido lacrimal em um exemplo não limitante. [008] Em outro tipo de aprimoramento na biocompatibilidade, o fator de forma da bateria e de todo dispositivo biomédico pode ser reduzido a limites muito pequenos. Por exemplo, a espessura da bateria ou a espessura total do dispositivo biomédico junto de uma dimensão pode ser menor do que 1 mm. Em outros exemplos a espessura da bateria ou a espessura total do dispositivo biomédico ao longo de uma dimensão ou da extensão do dispositivo pode ser menor do que 500 mícrons, ou pode ser menor do que 250 mícrons. [009] Outro aspecto geral inclui um método de aprimorar a biocompatibilidade de uma bateria, incluindo a preparação de uma solução de eletrólito; onde a solução de eletrólito inclui um sal de zinco e uma concentração menor que ou aproximadamente igual a 10%, em peso; obter uma camada de uma estrutura laminar; cortar um volume da camada da estrutura laminar, em que a remoção do volume da camada da estrutura laminar forma pelo menos uma porção de uma cavidade; e adicionar a solução de eletrólito, um separador, um ânodo, um coletor de corrente de ânodo, um cátodo, e um coletor de corrente de cátodo, para formar uma bateria biocompatível. [0010] Um aspecto geral inclui um método de aprimorar a biocom- patibilidade de uma bateria, incluindo a preparação de uma solução de eletrólito; onde a solução de eletrólito inclui uma solução para embalagem de lente de contato; obter uma camada de uma estrutura laminar; cortar um volume da camada da estrutura laminar, em que a remoção do volume da camada da estrutura laminar forma pelo menos uma porção de uma cavidade; e adicionar a solução de eletrólito, um separador, um ânodo, um coletor de corrente de ânodo, um cátodo, e um coletor de corrente de cátodo, para formar a estrutura laminar. [0011] Outro aspecto geral inclui um método de aprimorar a bio-compatibilidade de uma lente de contato, incluindo a preparação de uma solução de eletrólito; onde a solução de eletrólito incluí uma solução para embalagem de lente de contato; obter uma camada de uma estrutura laminar; cortar um volume da camada da estrutura laminar, em que a remoção do volume da camada da estrutura laminar forma pelo menos uma primeira porção de uma cavidade; adicionar a solução de eletrólito, um separador, um ânodo, um coletor de corrente de ânodo, um cátodo, e um coletor de corrente de cátodo, para formar a estrutura laminar, formar uma vedação de uma primeira camada de envelope a uma segunda camada de envelope, onde a primeira camada de envelope e a segunda camada de envelope circundam pelo menos uma segunda porção da estrutura laminar; conectar o coletor de corrente de ânodo a um dispositivo eletroativo; conectar o coletor de corrente de cátodo ao dispositivo eletroativo; e encapsular a estrutura laminar e o dispositivo eletroativo em um hidrogel para formar um dispositivo oftálmico. [0012] Um aspecto geral inclui um método de aprimorar a biocom-patibilidade de uma lente de contato, incluindo a preparação de uma solução de eletrólito; obter uma camada de uma estrutura laminar; cortar um volume da camada da estrutura laminar, em que a remoção do volume da camada da estrutura laminar forma pelo menos uma primei- ra porção de uma cavidade; adicionar a solução de eletrólito, um separador, um ânodo, um coletor de corrente de ânodo, um cátodo, e um coletor de corrente de cátodo, para formar a estrutura laminar, formar uma vedação de uma primeira camada de envelope a uma segunda camada de envelope, onde a primeira camada de envelope e a segunda camada de envelope circundam pelo menos uma segunda porção da estrutura laminar; conectar o coletor de corrente de ânodo a um dispositivo eletroativo; conectar o coletor de corrente de cátodo ao dispositivo eletroativo; e encapsular a estrutura laminar e o dispositivo eletroativo em um hidrogel para formar um dispositivo oftálmico. [0013] Em alguns exemplos, a bateria biocompatível inclui adicionalmente um encapsulamento selado da estrutura laminar onde o en-capsulamento selado melhora a biocompatibilidade do dispositivo bio-médico ao diminuir uma efusão do eletrólito em um ambiente externo. E também, o dispositivo biomédico pode incluir adicionalmente um encapsulamento selado da estrutura laminar onde o encapsulamento selado melhora a biocompatibilidade do dispositivo biomédico ao diminuir uma efusão de água em um ambiente interno da bateria biocompatível.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0014] 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 anexos. [0015] As Figuras 1A-1D ilustram aspectos exemplares de elementos de energização biocompatíveis em conjunto com a aplicação exemplar de lentes de contato. [0016] A Figura 2 ilustra o formato e tamanho exemplificadores das células individuais de um projeto de bateria exemplificador. [0017] A Figura 3A ilustra um primeiro elemento de energização biocompatível embalado e independente com conexões anódicas e catódicas exemplificadoras. [0018] A Figura 3B ilustra um segundo elemento de energização biocompatível embalado e independente com conexões anódicas e catódicas exemplificadoras. [0019] As Figuras 4A a 4N ilustram etapas de método exemplificadoras para a formação de elementos de energização biocompatíveis para dispositivos biomédicos. [0020] A Figura 5 ilustra um elemento de energização biocompatível completamente formado exempiificador. [0021] As Figuras 6A a 6F ilustram etapas de método exemplificadoras para a formação estrutural de elementos de energização biocompatíveis. [0022] As Figuras 7A a 7F ilustram etapas de método exemplificadoras para formação estrutural de elementos de energização biocompatíveis utilizando um método de galvanoplastia alternada. [0023] 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. [0024] As Figuras 9A a C ilustram etapas de métodos exemplifica-dores para a formação estrutural de elementos de energização biocompatíveis utilizando exemplos processamento de hidrogel alternativos. [0025] As Figuras 10A a 10F ilustram depósito otimizado e não otimizado de uma mistura de cátodo em uma cavidade. [0026] A Figura 11 ilustra a aglomeração de uma mistura de cátodo dentro de uma cavidade.
[0027] As figuras 12A-12C ilustram aspectos exemplificadores de selagem e encapsulamento de projetos de batería biocompatíveis. DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [0028] Métodos para aprimorar a biocompatibilidade de baterias são apresentados neste documento. Nas seções a seguir, as descrições detalhadas de vários exemplos são descritas. As descrições dos exemplos são modalidades exemplificadoras apenas e várias modificações e alterações podem ser aparentes àqueles versados na técnica. Portanto, as modalidades exemplificadoras não limitam o escopo do presente pedido. Os métodos para aprimorar a biocompatibilidade e estruturas relacionadas a esta podem ser projetadas para uso em baterias. Em alguns exemplos, estas baterias biocompatíveis podem ser projetadas para uso em, ou próximo ao corpo de um organismo vivo. Glossário [0029] Na descrição e nas reivindicações abaixo, vários termos podem ser usados. As seguintes definições se aplicarão a eles: [0030] "Ânodo", como usado aqui, refere-se a um eletrodo através do qual uma corrente elétrica flui para o interior de um dispositivo elétrico polarizado. A direção da corrente elétrica é tipicamente oposta à direção do fluxo de elétrons. Em outras palavras, os elétrons fluem do anodo para, por exemplo, um circuito elétrico. [0031] "Aglutinante", para uso na presente invenção, refere-se a um polímero que é capaz de exibir respostas elásticas a deformações mecânicas, e que é quimicamente compatível com outros componentes de elemento de energização. Por exemplo, os aglutinantes podem incluir materiais eletroativos, eletrólitos, polímeros e similares. [0032] "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. [0033] "Cátodo", para uso na presente invenção, se refere a um eletrodo através do qual corrente elétrica flui para fora de um dispositi- vo elétrico polarizado. A direção da corrente elétrica é tipicamente oposta à direção do fluxo de elétrons. Portanto, os elétrons fluem para o interior do catodo do dispositivo elétrico polarizado e para fora, por exemplo, do circuito elétrico conectado. [0034] "Revestimento", para uso na presente invenção, se refere a um depósito de material em formas finas. Em alguns usos, o termo se referirá a um depósito fino que cobre substancialmente a superfície de um substrato sobre o qual está formado. Em outros usos mais especializados, o termo pode ser usado para descrever pequenos depósitos finos em regiões menores da superfície. [0035] "Eletrodo", conforme usado na presente invenção, pode se referir a uma massa ativa na fonte de energia. Por exemplo, pode incluir um ou ambos dentre anodo e catodo. [0036] "Energizado", para uso na presente invenção, se refere ao estado de ser tem a capacidade de abastecer corrente elétrica ou ter energia elétrica armazenada em seu interior. [0037] "Energia", para uso na presente invenção, se refere à capacidade de um sistema física para realizar trabalho. Muitos usos dos elementos de energização podem se referir à capacidade de executar ações elétricas. [0038] "Fonte de energia" ou "elemento de energização" ou "dispositivo de energização", para uso na presente invenção, se refere a qualquer dispositivo ou camada que seja tem a capacidade de fornecer energia ou colocar um dispositivo lógico ou elétrico em um estado energizado. Os elementos de energização podem incluir baterias. As baterias podem ser formadas por células do tipo alcalina e podem ser baterias de estado sólido ou baterias de célula molhada. [0039] "Cargas", conforme usadas no presente documento, refe-rem-se a um ou mais separadores de elementos de energização que não reagem com qualquer um dentre eletrólitos ácidos ou alcalinos.
Geralmente, cargas podem incluir substancialmente materiais insolúveis em água, como negro-de-fumo; pó de carvão; grafite; óxidos metálicos e hidróxidos como silicone, alumínio, cálcio, magnésio, bário, titânio, ferro, zinco e estanho; metal carbonatos como aqueles de cálcio e magnésio; minerais como mica, montmorolonita, caulinita, ata-pulgita e talco; zeólitas sintéticas e naturais como cimento Portland; silicatos de metal precipitado, como silicato de cálcio; polímeros ocos ou sólidos ou microesferas vítreas, flocos e fibras; e similares. [0040] "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. [0041] "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 exemplares incluem duas partes de molde que, quando opostas uma à outra, definem a estrutura de um objeto tridimensional. [0042] "Potência", conforme usado no presente documento, refere-se ao trabalho realizado ou à energia transferida por unidade de tempo. [0043] "Recarregável" ou "Reenergizável", como usado na presente invenção, refere-se a uma capacidade de restauração para um estado com maior capacidade de realização de trabalho. Muitos usos podem se referir à capacidade de ser restaurado com a habilidade de fluir corrente elétrica a uma certa taxa por certos períodos de tempo restabelecidos. [0044] "Reenergizar" ou "Recarregar", como usado aqui, refere-se à restauração a um estado com capacidade superior de realizar trabalho. Diversos usos podem se relacionar à restauração de um dispositivo a capacidade de fluxo de corrente elétrica a uma certa taxa por um determinado período de tempo restabelecido. [0045] "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. [0046] "Empilhado", como usado aqui, significa colocar pelo menos duas camadas componentes próximas uma à outra de modo que pelo menos uma porção de uma superfície de uma das camadas entre em contato com uma primeira superfície de uma segunda camada. Em alguns exemplos, um revestimento, seja para a adesão ou outras funções, pode residir entre as duas camadas que estão em contato uma com a outra através do dito revestimento. [0047] "Trilhos", para uso na presente invenção, refere-se a componentes de elemento de energização capazes de se conectar eletricamente aos componentes de circuito. Por exemplo, trilhos de circuito podem incluir cobre ou ouro quando o substrato é uma placa de circuito impresso, e podem ser cobre, ouro ou um filme impresso em um circuito flexível. Um tipo especial de "Trilho" é o coletor de corrente. Os coletores de corrente são trilhos com compatibilidade eletroquímica que tornam os coletores de corrente adequados para uso na condução de elétrons para e a partir de um ânodo ou cátodo na presença de ele-trólito. [0048] Os métodos e o aparelho apresentados no presente documento referem-se à formação de elementos de energização biocompa-tíveis para a inclusão em ou sobre dispositivos biocompatíveis tridimensionais ou planos. Uma classe particular de elementos de energização pode ser baterias que são fabricadas em camadas. As camadas também podem ser classificadas como camadas laminadas. Uma batería formada desta maneira pode ser classificada como uma batería laminar. [0049] Pode haver outros exemplos de como montar e configurar baterias de acordo com a presente invenção, e alguns podem ser descritos nas seções seguintes. No entanto, para muitos destes exemplos, são selecionados parâmetros e características das baterias que podem ser descritos em suas próprias reivindicações. Nas seguintes seções, algumas características e parâmetros serão focadas.
Exemplo da construção do dispositivo biomédico com elementos de enerqizacão biocompatíveis [0050] Um exemplo de um dispositivo biomédico que pode incorporar os Elementos de Energização, baterias, da presente invenção pode ser uma lente de contato de ajuste focal eletroativo. Referindo-se à Figura 1A, um exemplo desse inserto de lente de contato pode ser retratado como um inserto de lente de contato 100. No inserto de lente de contato 100, pode haver um elemento eletroativo 120 que pode acomodar alterações de característica focal em resposta a tensões de controle. Um circuito 105 para fornecer esses sinais de tensão de controle, bem como para fornecer outras funções, como detecção de controle do ambiente para sinais de controle externos, pode ser energiza-do por um elemento da bateria biocompatível 110. Como representado na Figura 1A, o elemento de bateria 110 pode ser encontrado como múltiplas peças principais, neste caso três peças, e pode incluir as várias configurações de elementos químicos da bateria como foi discutido neste documento. Os elementos de bateria 110 podem ter várias características de interconexão para unir peças como pode ser retratado subjacente à região de interconexão 114. Os elementos de bateria 110 podem ser conectados a um elemento de circuito que pode ter seu próprio substrato 111, no qual as características de interconexão 125 podem estar localizadas. O circuito 105, que pode estar na forma de um circuito integrado, pode ser eletricamente e fisicamente conectado ao substrato 111 e suas características de interconexão 125. [0051] Com referência à Figura 1B, um alívio em seção transversal de uma lente de contato 150 pode compreender o elemento de inserção da lente de contato 100 e seus constituintes discutidos. O elemento de inserção da lente de contato 100 pode ser encapsulado em uma saia do hidrogel da lente de contato 155, que pode encapsular o elemento de inserção da lente de contato 100 e fornecer uma interface confortável da lente de contato 150 aos olhos de um usuário. [0052] Em referência aos conceitos da presente invenção, os elementos de batería podem ser formados em uma forma bidimensional, conforme descrito na Figura 1C. Nesta representação pode haver duas regiões principais das células de batería nas regiões do componente da batería 165 e do segundo componente da bateria na região do elemento químico da bateria 160. Os elementos de bateria, que são descritos na forma plana na Figura 1C, podem conectar a um elemento de circuito 163 que, no exemplo da Figura 1C, pode compreender duas áreas de circuito principais 167. O elemento de circuito 163 pode se conectar ao elemento da bateria em um contato elétrico 161 e um contato físico 162. A estrutura plana pode ser dobrada em uma estrutura cônica tridimensional, conforme foi descrito com relação à presente invenção. Nesse processo, um segundo contato elétrico 166 e um segundo contato físico 164 podem ser usados para ligar e estabilizar fisicamente a estrutura tridimensional. Com referência à Figura 1D, uma representação desta estrutura tridimensional cônica 180 pode ser encontrada. Os pontos de contato físicos e elétricos 181 também podem ser encontrados e a ilustração pode ser vista como uma vista tridimensional da estrutura resultante. Esta estrutura pode incluir o componente de bateria e elétrico modular que será incorporado com uma inserção de lente em um dispositivo biocompatível.
Esquemas de bateria segmentada [0053] Com referência à Figura 2, um exemplo de diferentes tipos de sistemas de bateria segmentada é mostrado por um elemento da batería exemplificador para um exemplo de tipo de lente de contato. Os componentes segmentados podem estar relativamente no formato circular 271, formato quadrado 272 ou formato retangular. Nos exemplos de formato retangular, os retângulos podem ser pequenas formas retangulares 273, formas retangulares maiores 274 ou formas retangulares ainda maiores 275.
Formas personalizadas dos elementos de bateria plana [0054] 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 descrito com uma conexão do ânodo 311 e uma conexão de cátodo 312. Com referência à Figura 3B, um exemplo de um contorno retangular 330 do elemento de bateria pode ser descrito com uma conexão do ânodo 331 e uma conexão de cátodo 332. [0055] Em alguns exemplos de baterias no formato plano, os contornos da forma da bateria podem ser dimensionalmente e geometricamente configurados para se adaptarem a produtos personalizados. Além de exemplos com contornos retangulares ou circulares, contornos feitos sob encomenda com "formato livre" ou de "forma livre" podem ser formados, os quais podem permitir a configuração da bateria para ser otimizada para se ajustar no interior de um determinado produto. [0056] No caso do dispositivo biomédico exemplificador de uma ótica variável, um exemplo "de formato livre" de um contorno plano pode estar na forma arqueada. A forma livre pode ser de tal geometria que quando formada em um formato tridimensional, a mesma pode assumir a forma de uma saia anular cônica que encaixa dentro dos confins limitados de uma lente de contato. Pode ser claro que geome-trias benéficas similares podem ser formadas onde dispositivos médi- cos têm exigências restritivas de formato 2D ou 3D.
Requisitos elétricos de microbaterias [0057] Outra área para considerações de projeto pode se referir às exigências elétricas do dispositivo, que podem ser fornecidas pela batería. A fim de funcionar como uma fonte de energia para um dispositivo médico, uma bateria apropriada pode precisar cumprir as exigências elétricas totais do sistema ao operar em um modo não conectado ou não externamente alimentado. Um campo crescente de dispositivos biomédicos não conectados ou não externamente alimentados pode incluir, por exemplo, lentes de contato de correção de visão, dispositivos de monitoramento de saúde, câmeras de pílula e dispositivos novos. Os desenvolvimentos recentes na tecnologia de circuito integrado (Cl) podem permitir operação elétrica significante em níveis de corrente muito baixos, por exemplo, picoamps de corrente no modo de espera e microamps de corrente operacional. Os ICs também podem permitir dispositivos muito pequenos. [0058] Microbaterias para aplicações biomédicas podem ser necessárias para cumprir muitas exigências desafiantes simultâneas. Por exemplo, pode ser necessário que a microbateria tenha a capacidade de administrar uma tensão operacional adequada em um circuito elétrico incorporado. Essa tensão operacional pode ser influenciada por vários fatores, incluindo o nó do processo de Cl, a tensão de saída do circuito a outro dispositivo e um alvo de consumo da corrente particular, que também pode se referir a um ciclo de vida do dispositivo desejado. [0059] Com relação ao processo de Cl, os nós podem tipicamente ser diferenciados pelo tamanho de característica mínima de um transistor, como o chamado canal do transistor. Esta característica física, juntamente com outros parâmetros de fabricação de IC como a espessura do óxido de porta, pode estar associada a um padrão de classifi- cação resultante de voltagens de "ligação "ou de "limiar" de transistores de efeito de campo (FET) fabricados no dado nó do processo. Por exemplo, em um nó com um tamanho de característica mínimo de 0,5 mícron, pode ser comum encontrar FETs com tensões ligadas de 5,0 V. Entretanto, em um tamanho mínimo de característica de 90 nm, os FETs podem ligar a 1,2, 1,8 e 2,5 V. A fundição de Cl pode fornecer células padrão de blocos digitais, por exemplo, inversores e flip-flops que foram caracterizados e classificados para uso com certas faixas de tensão. Os projetistas escolheram um nó de processo de Cl com base em vários fatores, incluindo a densidade dos dispositivos digitais, dispositivos de sinal misturado analógico/digital, corrente de fuga, camadas de fiação e disponibilidade de dispositivos especiais como FET de alta tensão. Dados esses aspectos paramétricos dos componentes elétricos, que podem remover a energia de uma microbateria, pode ser importante que a fonte de energia da microbateria seja combinada com as exigências do nó do processo escolhido e projeto do Cl, especialmente em termos de tensão e corrente disponíveis. [0060] Em alguns exemplos, um circuito elétrico energizado por uma microbateria, pode se conectar a outro dispositivo. Nos exemplos não limitadores, o circuito elétrico alimentado por microbateria pode se conectar a um atuador ou um transdutor. Dependendo da aplicação, os mesmos podem incluir um diodo emissor de luz (LED), um sensor, uma bomba de sistema microeletromecânico (MEMS), ou vários outros dispositivos similares. Em alguns exemplos, estes dispositivos conectados podem exigir condições de tensão operacional mais elevadas do que os nós de processo de Cl comuns. Por exemplo, uma lente de foco variável pode exigir 35 V para ativar. A tensão operacional fornecida pela batería pode, assim, ser uma consideração crítica ao projetar tal sistema. Em alguns exemplos deste tipo de consideração, a eficiência de um condutor de lente para produzir uma bateria de 35 V a partir de uma bateria de 1 V, pode ser significativamente menor do que poderia ser quando operando a partir de uma bateria de 2 V. Outras exigências, como tamanho da matriz, podem ser dramaticamente diferentes, considerando também os parâmetros operacionais da microba-teria. [0061] As células de bateria individuais podem normalmente ser classificadas com voltagens de circuito aberto, carregadas e de corte. A tensão de circuito aberto é o potencial produzido pela célula de bateria com infinita resistência de carga. A tensão carregada é o potencial produzido pela célula com uma impedância de carga apropriada e, tipicamente, também especificada, colocada através dos terminais da célula. A tensão de corte é tipicamente uma tensão na qual a maioria das baterias foi descarregada. A tensão de corte pode representar uma tensão ou grau de descarga, abaixo do qual a bateria não deve ser descarregada para evitar efeitos prejudiciais, como emissão de gases em excesso. A tensão de corte pode tipicamente ser influenciada pelo circuito ao qual a bateria está conectada, não apenas a própria bateria, por exemplo, a tensão operacional mínima do circuito eletrônico. Em um exemplo, uma célula alcalina pode ter uma tensão de circuito aberto de 1,6 V, uma tensão carregada na faixa de 1,0 a 1,5 V, e uma tensão de corte de 1,0 V. A tensão de um dado projeto de célula de microbateria pode depender de outros fatores da química da célula empregada. E, química da célula diferente pode, portanto, ter tensões de célula diferentes. [0062] Células podem ser conectadas em série para aumentar a tensão; Entretanto, essa combinação pode vir com sacrifícios ao tamanho, resistência interna, e complexidade de bateria. Células podem também ser combinadas em configurações paralelas para diminuir a resistência e aumentar a capacidade; entretanto, tal combinação pode trocar o tamanho pelo tempo de vida útil. [0063] A capacidade da bateria pode ser a capacidade de uma batería para entregar uma corrente, ou trabalhar, por um período de tempo. A capacidade de bateria pode, tipicamente, ser especificada em unidades como microamp-hora. Uma bateria que pode fornecer 1 mi-croampere de corrente por 1 hora tem 1 microampere-hora de capacidade. A capacidade pode ser tipicamente aumentada aumentando a massa (e deste modo o volume) de reagentes dentro de um dispositivo de bateria; entretanto, pode ser observado que dispositivos biomédi-cos podem ser significativamente contidos em volumes disponíveis. A capacidade de bateria também pode ser influenciada por material de eletrodo e eletrólito. [0064] Dependendo dos requisitos do conjunto de circuitos ao qual a bateria está conectada, uma bateria pode ser necessária para alimentar corrente por uma faixa de valores. Durante o armazenamento antes do uso ativo, uma corrente de fuga na ordem de picoamps a na-noamps pode fluir através dos circuitos, interconexões e isolantes. Durante a operação ativa, o conjunto de circuitos pode consumir corrente quiescente para amostrar sensores, temporizadores de execução, e realizar essas funções de consumo de potência baixa. O consumo de corrente quiescente pode ser na ordem de nanoamps a miliamps. O conjunto de circuitos também pode ter demandas de corrente de pico ainda maiores, por exemplo, quando se escreve memória flash ou se comunica através de radiofrequência (RF). Essa corrente de pico pode estender-se até dezenas de miliamps ou mais. A resistência e impe-dância de um dispositivo de microbateria também podem ser importantes para considerações de projeto. [0065] A vida de prateleira pode, tipicamente, se referir ao período de tempo que uma bateria pode sobreviver em armazenamento e ainda manter parâmetros operacionais úteis. A vida de prateleira pode ser particularmente importante para os dispositivos biomédicos por diver- sas razões. Os dispositivos eletrônicos podem deslocar dispositivos não energizados, como, por exemplo, pode ser o caso para a introdução de uma lente de contato eletrônica. Os produtos nos espaços comerciais existentes podem ter requisitos de tempo de prateleira estabelecidos, por exemplo, três anos, devido ao consumidor, cadeia de suprimentos, e outros requisitos. Pode, tipicamente, ser desejado que essas especificações não sejam alteradas para novos produtos. Os requisitos de vida de prateleira também podem ser definidos pelos métodos de distribuição, inventário, e uso de um dispositivo que inclui uma microbateria. Consequentemente, as microbaterias para os dispositivos biomédicos podem ter exigências de vida útil específicas, que podem ser, por exemplo, medidas em número de anos. [0066] Em alguns exemplos, os elementos de energização tridimensionais podem ser recarregáveis Por exemplo, uma bobina indutiva também pode ser fabricada na superfície tridimensional. A bobina indutiva poderia, então, ser energizada com uma base de radiofrequência ("RF"). A bobina indutiva pode ser conectada ao elemento de energização biocompatível tridimensional para recarregar o elemento de energização quando a RF é aplicada à bobina indutiva. Em um outro exemplo, os fotovoltaicos também podem ser fabricados na superfície tridimensional e conectados ao elemento de energização biocompatível tridimensional. Quando expostos à luz ou fótons, os fotovoltaicos produzirão elétrons para recarregar o elemento de energização. [0067] Em alguns exemplos, uma batería pode funcionar para fornecer a energia elétrica para um sistema elétrico. Nesses exemplos, a batería pode ser eletricamente conectada ao circuito do sistema elétrico. As conexões entre um circuito e uma batería podem ser classificadas como interconexões. Essas interconexões podem tornar-se cada vez mais desafiadoras para microbaterias biomédicas devido a vários fatores. Em alguns exemplos, dispositivos biomédicos energizados podem ser muito pequenos, permitindo assim uma pequena área e volume para as interconexões. As restrições de tamanho e área podem afetar a resistência elétrica e a confiabilidade das interconexões. [0068] Em outros aspectos, a batería pode conter um eletrólito líquido que poderia ferver a uma temperatura elevada. Essa restrição pode competir diretamente com o desejo de utilizar a interconexão, que pode, por exemplo, exigir temperaturas relativamente altas, como 250 graus Celsius para fusão. Embora em alguns exemplos a química da bateria, incluindo o eletrólito, e a fonte de calor usada para formar interconexões baseadas em solda, podem ser isoladas espacialmente entre si. Nos casos de dispositivos biomédicos emergentes, o tamanho pequeno pode excluir a separação de eletrólito e juntas de solda em distância suficiente para reduzir a condução de calor;
Interconexões [0069] As interconexões podem permitir que a corrente flua para e a partir da bateria em conexão com um circuito externo. Essas interconexões podem realizar interface com os ambientes dentro e fora da bateria, e podem cruzar o limiar ou vedação entre aqueles ambientes. Essas interconexões podem ser consideradas como trilhos, fazendo conexões a um circuito externo, passando através da vedação de bateria, e então conectando-se aos coletores de corrente dentro da bateria. Como tal, essas interconexões podem ter diversos requisitos. Fora da bateria, as interconexões podem lembrar trilhos de circuito impresso típicos. As mesmas podem ser soldadas ou, de outro modo, conectadas a outros trilhos. Em um exemplo onde a bateria é um elemento físico separado de uma placa de circuito que compreende um circuito integrado, a interconexão da bateria pode permitir a conexão ao circuito externo. Essa conexão pode ser formada com solda, fita condutiva, tinta condutiva ou epóxi, ou outros meios. Os trilhos de interconexão podem precisar sobreviver no ambiente fora da bateria, por exemplo, sem corrosão na presença de oxigênio. [0070] Conforme uma interconexão passa pela vedação da batería, pode ser de crítica importância que a interconexão coexista com a vedação e permita a vedação. Pode ser necessário adesão entre a vedação e a interconexão, além da adesão que pode ser necessária entre a vedação e a embalagem da bateria. A integridade da vedação pode precisar ser mantida na presença de eletrólito e outros materiais dentro da bateria. As interconexões, que podem ser tipicamente metálicas, podem ser conhecidas como pontos de falha na embalagem de bateria. O potencial elétrico e/ou fluxo de corrente pode aumentar a tendência para o eletrólito "escoar" ao longo da interconexão. Consequentemente, uma interconexão pode precisar ser modificada para manter a integridade da vedação. [0071] Dentro da bateria, as interconexões podem realizar interface com os coletores de corrente ou podem na verdade formar os coletores de corrente. Nesse sentido, a interconexão pode precisar satisfazer os requisitos dos coletores de corrente conforme descrito no presente documento, ou pode precisar formar uma conexão elétrica a esses coletores de corrente. [0072] Uma classe de interconexões e coletores de corrente candidatos é folhas metálicas. Essas folhas estão disponíveis na espessura de 25 mícrons ou menos, o que as torna adequadas para baterias muito finas. Essa folha também ser originada com contaminação e aspereza de superfície baixa, dois fatores que podem ser críticos para o desempenho de bateria. As folhas podem incluir zinco, níquel, latão, cobre, titânio, outros metais, e várias ligas.
Componentes de bateria modular [0073] Em alguns exemplos, um componente de bateria modular pode ser formado de acordo com alguns aspectos e exemplos da presente invenção. Nestes exemplos, o conjunto de bateria modular pode ser um componente separado de outras partes do dispositivo biomédi-co. No exemplo de um dispositivo de lente de contato oftálmica, esse projeto pode incluir uma bateria modular que é separada do resto de uma inserção de mídia. Pode haver inúmeras vantagens em formar um componente de bateria modular. Por exemplo, no exemplo da lente de contato, um componente modular da bateria pode ser formado em um processo não integrado separado que pode aliviar a necessidade de manusear componentes ópticos plásticos rígidos formados tridimensi-onaimente. Além disso, as fontes de produção podem ser mais flexíveis e podem operar em um modo mais paralelo à fabricação de outros componentes no dispositivo biomédico. Além disso, a fabricação dos componentes de bateria modular pode ser dissociada das características dos dispositivos de forma tridimensional (3D). Por exemplo, nas aplicações que exigem formas finais tridimensionais, um sistema de bateria modular pode ser fabricado em um plano ou em uma perspectiva aproximadamente bidimensional (2D), e, então, moldado na forma tridimensional correta. Um componente de bateria modular pode ser testado independentemente do restante do dispositivo biomédico e a perda de rendimento devido aos componentes de bateria pode ser resolvida antes da montagem. O componente da bateria modular resultante pode ser utilizado em vários construtos de inserção de meio que não têm uma região rígida adequada sobre a qual os componentes de bateria podem ser formados, e, em ainda outro exemplo, o uso dos componentes de bateria modular pode facilitar o uso de opções diferentes para as tecnologias de fabricação que seriam de outra forma utilizados, como, por exemplo, uma tecnologia baseada em manta (rolo a rolo), tecnologia baseada em lâmina (lâmina a lâmina), impressão, litografia, e processamento por "rodo". Em alguns exemplos de uma bateria modular, o aspecto de contenção discreto desse dispositivo pode resultar na adição de material adicional ao construto do dispo- sitivo biomédico geral. Esses efeitos podem definir uma restrição para o uso de soluções de bateria modular quando os parâmetros de espaço disponíveis exigem espessura minimizada ou volume de soluções. [0074] As exigências de formato da bateria podem ser acionadas, pelo menos em parte, pela aplicação na qual a bateria deverá ser usada. Os fatores de forma de bateria tradicionais podem ser formas cilíndricas ou prismas retangulares, feitas de metal, e podem ser voltados para produtos que exigem grandes quantidades de potência por longas durações. Essas aplicações podem ser grandes suficientes para que possam compreender baterias de fator de forma grande. Em um outro exemplo, as baterias planas em estado sólido (2D) são prismas retangulares finos, tipicamente formados sob silicone ou vidro inflexível. Estas baterias no estado sólido planas podem ser formadas em alguns exemplos usando tecnologias de processamento de pastilha de silício. Em um outro tipo de fator de forma de bateria, baterias de baixa potência, flexíveis podem ser formadas em uma construção de bolsa, usando finas folhas metálicas ou plástico para conter a química da bateria. Essas baterias podem ser feitas planas (2D) e podem ser projetadas para funcionar quando curvadas a uma curvatura modesta fora do plano (3D). [0075] Em algumas das aplicações de exemplos da bateria na presente invenção, onde a bateria pode ser empregada em uma lente óptica variável, o fator de forma pode exigir uma curvatura tridimensional do componente de bateria onde um raio dessa curvatura pode estar na ordem de aproximadamente 8,4 mm. A natureza de tal curvatura pode ser considerada relativamente íngreme, e, por referência, pode se aproximar do tipo de curvatura observado em uma ponta de dedo humano. A natureza de uma curvatura relativa íngreme cria aspectos desafiantes para fabricação. Em alguns exemplos da presente invenção, um componente de bateria modular pode ser desenhado de modo que possa ser fabricado em uma forma plana bidimensional e, então, formado em uma forma tridimensional da curvatura relativa alta. Espessura de módulo de bateria [0076] Na projeção de componentes de bateria para aplicações biomédicas, os sacrifícios dentre os vários parâmetros podem ser feitos equilibrando-se requisitos funcionais, técnicos e de segurança. A espessura do componente de bateria pode ser um parâmetro limitador e importante. Por exemplo, em uma aplicação de lente óptica a capacidade de um dispositivo de ser utilizado confortavelmente por um usuário pode ter uma dependência crítica sobre a espessura através do dispositivo biomédico. Portanto, podem existir aspectos críticos ha-bilitantes na projeção da bateria para resultados mais finos. Em alguns exemplos, a espessura de bateria pode ser determinada pelas espessuras combinadas das lâminas de topo e fundo, lâminas espaçadoras, e espessuras de camada adesiva. Os aspectos de fabricação práticos podem dirigir determinados parâmetros de espessura de filme para valores padrão no estoque de lâmina disponível. Além disso, os filmes podem ter valores de espessura mínimos para os quais os mesmos podem ser especificados com base em considerações técnicas em relação à compatibilidade química, umidade / impermeabilidade a gás, acabamento de superfície, e compatibilidade com revestimentos que podem ser depositados sobre as camadas de filme. [0077] Em alguns exemplos, uma espessura alvo ou desejada de um componente de bateria acabado pode ser uma espessura de componente que é menor do que 220 pm. Nesses exemplos, essa espessura desejada pode ser dirigida pela geometria tridimensional de um dispositivo de lente oftálmica exemplificador em que o componente de bateria pode precisar encaixar dentro do volume disponível definido por um formato de lente de hidrogel que proporcionar ao usuário final conforto, biocompatibilidade, e restrições de aceitação. Esse volume e seu efeito sobre as necessidades de espessura de componente de batería pode ser uma função da especificação de espessura de dispositivo total bem como a especificação de dispositivo relacionada à sua largura, ângulo cônico e diâmetro interno. Outra consideração de projeto importante para o projeto de componente de batería resultante pode se referir ao volume disponível para produtos químicos de batería ativos e materiais em um dado projeto de componente de bateria projeto em relação à energia química resultante que pode resultar daquele projeto. Essa energia química resultante pode, então, ser equilibrada para os requisitos elétricos de um dispositivo biomédico funcional para sua vida útil almejada e condições de operação Flexibilidade de módulo de bateria [0078] Outra dimensão de relevância para o projeto de bateria e para o projeto de dispositivos relacionados que utilizam fontes de energia à base de bateria é a flexibilidade do componente de bateria. Podem haver numerosas vantagens conferidas pelas formas de bateria flexíveis. Por exemplo, um módulo de bateria flexível pode facilitar a capacidade anteriormente mencionada de fabricar a forma de bateria em uma forma plana bidimensional (2D). A flexibilidade da forma pode permitir que a bateria bidimensional seja, então, formada em um formato 3D apropriado para encaixar no interior de um dispositivo biomédico como uma lente de contato. [0079] Em outro exemplo dos benefícios que podem ser conferidos pela flexibilidade no módulo de bateria, se a bateria e o dispositivo subsequente forem flexíveis, podem existir então vantagens relacionadas ao uso do dispositivo. Em um exemplo, uma forma de lente de contato de um dispositivo biomédico pode ter vantagens para a inser-ção/remoção da lente de contato à base de inserto de meio que pode ser mais próxima à inserção/remoção de uma lente de contato não preenchida por hidrogel padrão. [0080] O número de flexões pode ser importante para a modificação da batería. Por exemplo, uma bateria que somente pode flexionar uma vez a partir de uma forma plana para um formato adequado para uma lente de contato pode ter um projeto significativamente diferente de uma bateria que tem a capacidade de múltiplas flexões. A flexão da bateria também pode ultrapassar a capacidade de sobreviver mecanicamente ao evento de flexão. Por exemplo, um eletrodo pode ter a capacidade física de flexionar sem quebrar, mas as propriedades mecânicas e eletroquímica do eletrodo podem ser alteradas pela flexão. As alterações induzidas por flexão podem aparecer instantaneamente, por exemplo, conforme alterações à impedância, ou a flexão pode introduzir alterações que somente são aparentes em teste de vida de prateleira a longo prazo.
Largura de módulo de bateria [0081] Podem haver numerosas aplicações nas quais os elementos de energização biocompatíveis ou baterias da presente invenção podem ser utilizados. Em geral, o requisito de largura de bateria pode ser em grande parte uma função da aplicação na qual é aplicado. Em um caso exemplificador, um sistema de bateria de lente de contato pode ter necessidades restringidas para a especificação na largura de um componente de bateria modular. Em alguns exemplos de um dispositivo oftálmico em que o dispositivo tem uma função óptica variável energizada por um componente de bateria, em que a porção óptica variável do dispositivo pode ocupar uma região esférica central de cerca de 7,0 mm de diâmetro. Os elementos de bateria exemplificadores podem ser considerados como um objeto tridimensional, que encaixa como uma saia cônica anular ao redor da óptica central e formado em um anel cônico truncado. Se o diâmetro máximo necessário do inserto rígido for um diâmetro de 8,50 mm, e a tangente até uma esfera de determinado diâmetro puder ser almejada (como por exemplo em um diâmetro de aproximadamente 8,40 mm), então a geometria pode ditar o que a largura de batería permissível pode ser. Podem haver modelos geométricos que podem ser úteis para calcular especificações desejáveis para a geometria resultante que em alguns exemplos pode ser chamada de frustocônica achatada em um setor de um ânulo. [0082] A largura de batería achatada pode ser dirigida por duas características do elemento de bateria, dos componentes de bateria ativos e largura de vedação. Em alguns exemplos relacionados a dispositivos oftálmicos uma espessura alvo pode estar entre 0,100 mm e 0,500 mm por lado, e os componentes de bateria ativos podem ser almejados em aproximadamente 0,800 mm de largura. Outros dispositivos biomédicos podem ter diferentes restrições de projeto, mas os princípios para elementos da bateria plana flexível podem ser aplicados de maneira similar.
Cavidades como elementos de projeto no projeto do componente de bateria [0083] Em alguns exemplos, os elementos de bateria podem ser projetados em formas que segmentem as regiões de química da bateria ativa. Pode haver várias vantagens da divisão dos componentes ativos de bateria em segmentos discretos. Em um exemplo não limitador, a fabricação de elementos discretos e semelhantes pode facilitar a produção dos elementos. A função dos elementos de bateria, incluindo vários elementos menores, pode ser melhorada. Defeitos de vários tipos podem ser segmentados, e elementos não funcionais podem ser isolados em alguns casos para resultar na perda reduzida de função. Isso pode ser relevante nos exemplos onde a perda de eletrólito de bateria pode ocorrer. O isolamento de componentes individualizados pode permitir um defeito que resulta no vazamento de eletrólitos fora das regiões críticas da bateria para limitar a perda de função para esse pequeno segmento do elemento de bateria total, enquanto a perda de eletrólito através do defeito poderia esvaziar uma região significativamente maior para baterias configuradas como uma única célula. Células menores podem resultar no volume reduzido de químicas de batería ativas em toda uma perspectiva, mas a rede de material ao redor de cada uma das células menores pode resultar em um fortalecimento de toda a estrutura.
Vedações internas do elemento de batería [0084] Em alguns exemplos dos elementos de bateria para uso em dispositivos biomédicos, a ação química da bateria envolve química aquosa, onde água, ou umidade, é um constituinte importante para controlar. Assim, pode ser importante incorporar mecanismos de vedação que retardem ou impeçam o movimento de umidade tanto fora quanto dentro do corpo da bateria. Barreiras de umidade podem ser projetadas para manter o nível de umidade interna em um nível projetado, dentro de certa tolerância. Em alguns exemplos, uma barreira de umidade pode ser dividida em duas seções ou componentes; especificamente, a embalagem e a vedação. [0085] 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 dÀgua (WVTR) pode ser um indicador de desempenho, com as normas ISO, ASTM controlando o procedimento de teste, incluindo as condições ambientais operacionais durante o teste. Idealmente, a WVTR para uma boa embalagem de bateria pode ser "zero". Os materiais exemplificadores com WVTR quase zero podem ser vidro e folhas metálicas. Os plásticos, por outro lado, podem ser inerentemente porosos à umidade, e podem variar de forma significativa para os tipos diferentes de plástico. Os materiais modificados, laminados, ou coextrudados podem geralmente ser híbridos dos materiais de embalagem comuns. [0086] A vedação pode ser a interface entre duas das superfícies de embalagens. A conexão das superfícies de vedação encerra o invólucro junto com a embalagem. Em muitos exemplos, a natureza dos designs de vedação pode torná-los difíceis de caracterizar quanto a WVTR da vedação devido à dificuldade na realização de medições utilizando uma norma ISO ou ASTM, dado que o tamanho da amostra ou área de superfície pode não ser compatível com esses procedimentos. Em alguns exemplos, uma forma prática de testar a integridade da vedação pode ser um teste funcional do projeto da vedação real, para algumas condições definidas. O desempenho da vedação pode ser uma função do material de vedação, da espessura do vedante, do comprimento do vedante, da largura do vedante e da adesão do vedante ou da intimidade com os substratos das embalagens. [0087] Em alguns exemplos, as vedações podem ser formadas por um processo de soldagem que pode envolver processamento térmico, laser, solvente, atrito, ultrassom ou processamento em arco. Em outros exemplos, as vedações podem ser formadas através do uso de selantes adesivos, como colas, epóxis, acrílicos, borracha natural e borracha sintética. Outros exemplos podem derivar da utilização de material do tipo guarnição, que pode ser formado a partir de cortiça, borracha natural e sintética, politetrafluoroetileno (PTFE), polipropileno e silicones, para mencionar alguns exemplos não limitadores. [0088] Em alguns exemplos, as baterias de acordo com a presente invenção podem ser concebidas para terem uma vida útil específica. A vida útil de operação pode ser estimada através da determinação de uma quantidade prática de permeabilidade à umidade que pode ser obtida utilizando um sistema de baterias em particular e, em seguida, estimar quando esse vazamento de umidade pode resultar em uma condição de fim de vida para a batería. Por exemplo, se a batería é armazenada num ambiente úmido, então a diferença de pressão parcial entre o interior e o exterior da bateria será mínima, o que resultará em uma taxa de perda de umidade reduzida, e, por conseguinte, a vida da batería pode ser estendida. A mesma batería exemplificadora armazenada em um ambiente particularmente seco e quente pode acarretar em um ciclo de vida significativamente reduzido devido à forte função de condução para a perda de umidade.
Separadores do elemento da batería [0089] As baterias do tipo descrito na presente invenção podem utilizar um material separador que separa física e eletricamente as partes do coletor de corrente do ânodo e cátodo das partes do cátodo e do coletor de corrente do cátodo. O separador pode ser uma membrana que é permeável a água e componentes de eletrólito dissolvidos; entretanto, pode ser tipicamente eletricamente não condutivo. Embora uma miríade de materiais separadores comercialmente disponíveis possa ser conhecida pelo versado na técnica, o fator de forma inovador da presente invenção pode apresentar restrições únicas sobre a tarefa de seleção, processamento e manuseio de separador. [0090] Visto que os projetos da presente invenção podem ter perfis ultra finos, a escolha pode ser limitada aos materiais separadores mais finos tipicamente disponíveis. Por exemplo, os separadores de cerca de 25 mícrons de espessura podem ser desejáveis. Alguns exemplos que podem ser vantajosos podem ter cerca de 12 mícrons de espessura. Pode haver vários separadores comerciais aceitáveis que incluem membranas separadoras de monocamada de polietileno microporoso microfíbrilado e/ou tricamada de polipropileno-polietileno-polipropileno (PP/PE/PP), como as produzidas pela Celgard (Charlotte, NC). Um exemplo desejável de material separador pode ser a membrana tricamada da Celgard M824 PP/PE/PP, que tem uma espessura de 12 mícrons. Os exemplos alternativos de materiais separadores úteis para exemplos da presente invenção podem incluir membranas separadoras que incluam celulose regenerada (por exemplo, celofane). [0091] Enquanto as membranas separadoras de tricamada de PP/PE/PP podem ter espessura e propriedades mecânicas vantajosas, devido ao seu caráter poliolefínico, as mesmas podem também apresentar um número de desvantagens que podem precisar ser superadas para tornar as mesmas úteis nos exemplos da presente invenção. O rolo ou o estoque de folhas de materiais separadores de camada tripla de PP/PE/PP podem ter numerosas rugas ou outros erros de forma que podem ser prejudiciais para as tolerâncias em nível de mí-cron aplicáveis às baterias descritas na presente invenção. Além disso, os separadores de polioiefina podem precisar ser cortados para tolerâncias ultraprecisas de inclusão nos presentes projetos, que podem, portanto, implicar no corte a laser como um método exemplifica-dor de formar coletores de corrente discretos em formas desejáveis com tolerâncias extremamente rigorosas. Devido ao caráter poliolefínico destes separadores, certos lasers de corte úteis para microfabrica-ção podem empregar comprimentos de onda a laser, por exemplo, 355 nm, que não cortarão as poliolefinas. As poliolefinas não absorvem consideravelmente a energia a laser, e são, assim, não ablactáveis. Finalmente, os separadores de polioiefina podem não ser inerentemente molháveis por eletrólitos aquosos usados nas baterias aqui descritas. [0092] No entanto, pode haver métodos para superar estas limitações inerentes de membranas do tipo poliolefínico. A fim de apresentar uma membrana separadora microporosa em um laser de corte de alta precisão para cortar as peças em segmentos de arco ou outros projetos vantajosos do separador, a membrana pode precisar ser plana e sem rugas. Se essas duas condições não forem atendidas, a membrana separadora não pode ser completamente cortada, pois o feixe de corte pode ser inibido, como resultado da desfocagem ou, de outro modo, dispersão da energia a laser incidente. Adicionalmente, se a membrana separadora não for plana e livre de rugas, a precisão da forma e as tolerâncias geométricas da membrana separadora podem não ser suficientemente obtidas. As tolerâncias permissíveis para os separadores dos exemplos atuais podem ser, por exemplo, +0 mícrons e -20 mícrons com relação aos comprimentos característicos e/ou raios. Pode haver vantagens para tolerâncias mais limitadas de +0 mícrons e -10 mícrons, e ainda para tolerâncias de +0 mícrons e -5 mícrons. O material de estoque separador pode ser feito plano e sem rugas laminando-se temporariamente o material em um veículo de vidro flotado com um líquido de baixa volatilidade apropriado. Os líquidos de baixa volatilidade podem ter vantagens sobre os adesivos temporários devido à fragilidade da membrana separadora e devido à quantidade de tempo de processamento que pode ser necessária para liberar a membrana separadora de uma camada adesiva. Além disso, em alguns exemplos, foi observado que a obtenção de uma membrana separadora plana e isenta de rugas sobre vidro flotado usando um líquido é muito mais fácil do que usando um adesivo. Antes da laminação, a membrana separadora pode ser tornada isenta de particulados. Isso pode ser obtido pela limpeza ultrassônica da membrana separadora para desalojar quaisquer particulados aderentes à superfície. Em alguns exemplos, o manuseio de uma membrana separadora pode ser feito em um ambiente com baixo teor de partículas adequado, como câmara de fluxo laminar ou uma sala limpa de, pelo menos, classe 10.000. Além disso, o substrato de vidro flotado pode ser feito para que seja livre de particulados lavando-se com um solvente apropriado, limpeza ultrassônica e/ou limpeza com panos de limpeza limpos. [0093] Enquanto uma ampla variedade de líquidos de baixa volatilidade pode ser usada para a finalidade mecânica de laminar membranas separadoras de poliolefina microporosa em um veículo de vidro flotado, exigências específicas podem ser impostas ao líquido para facilitar o corte a laser subsequente das formas do separador discreto. Uma exigência pode ser que o líquido tenha uma tensão superficial baixa o suficiente para embeber os poros do material separador, o que pode facilmente ser verificado pela inspeção visual. Em alguns exemplos, o material separador se passa de uma cor branca para uma aparência transparente quando o líquido preenche os microporos do material. Pode ser desejável escolher um líquido que possa ser benigno e "seguro" para trabalhadores que forem expostos à preparação e às operações de corte do separador. Pode ser desejável escolher um líquido cuja pressão de vapor possa ser baixa o suficiente, de modo que a evaporação agradável não ocorra durante a escala de tempo de processamento (na ordem de 1 dia). Finalmente, em alguns exemplos, o líquido pode ter potência de solvência suficiente para dissolver os ab-sorvedores de UV vantajosos que podem facilitar a operação de corte a laser. Em um exemplo, foi observado que uma solução de 12 por cento (p/p) de absorvedor de UV de avobenzona em solvente de ben-zoato de benzilo pode atender às exigências previamente mencionadas e pode estar suscetível a facilitar o corte a laser de separadores de poliolefina com alta precisão e tolerância em curta ordem sem um número excessivo de passos do feixe de laser de corte. Em alguns exemplos, os separadores podem ser cortados com um laser no estado sólido bombeado por diodo de 8 W 355 nm nanosegundos usando esta abordagem onde o laser pode ter configurações para atenuação de baixa potência (por exemplo, 3 por cento de potência), uma velocidade moderada de 1 a 10 mm/s e apenas 1 a 3 passos do feixe de laser. Embora essa composição oleosa que absorve UV tenha se provado ser um auxílio no processo de laminação e corte efetivo, outras formulações oleosas podem ser previstas pelos versados na técnica e usadas sem limitação. [0094] Em alguns exemplos, um separador pode ser cortado en- quanto fixado em um vidro flotado. Uma vantagem dos separadores por corte a laser, enquanto fixados a um transportador de vidro flotado, pode ser que uma densidade numérica de separadores muito alta pode ser cortada a partir de uma folha de estoque de separador, bem como semicondutores matriz podem ser densamente dispostos sobre uma pastilha de silicone. Tal abordagem pode fornecer economia de escala e vantagens de processamento paralelas inerentes nos processos do semicondutor. Além disso, a geração de membrana separadora não aproveitável pode ser minimizada. Uma vez que os separadores tenham sido cortados, o fluido de auxílio do processo oleoso pode ser removido por uma série de etapas de extração com solventes miscí-veis, sendo que a última extração pode ser realizada com um solvente de alta volatilidade, como álcool isopropílico, em alguns exemplos. Os separadores discretos, uma vez extraídos, podem ser indefinidamente armazenados em qualquer ambiente adequado de baixo teor de partículas. [0095] Conforme previamente mencionado, as membranas sepa-radoras de poliolefina podem ser inerentemente hidrofóbicas e podem precisar ser feitas molháveis por tensoativos aquosos usados nas baterias da presente invenção. Uma abordagem para produzir as membranas separadoras úmidas pode ser tratamento por plasma de oxigênio. Por exemplo, os separadores podem ser tratados por 1 a 5 minutos em 100 por cento de plasma de oxigênio em uma ampla variedade de configurações de potência e taxas de fluxo de oxigênio. Embora essa abordagem possa melhorar a capacidade de umidificação por um tempo, pode ser bem conhecido que as modificações da superfície de plasma fornecem um efeito transiente que pode não durar tempo o suficiente para a umidificação robusta de soluções eletrolíticas. Uma outra abordagem para melhorar a capacidade de umidificação das membranas separadoras pode ser tratar a superfície incorporando-se um tensoativo adequado na membrana. Em alguns casos, o tensoativo pode ser usado em conjunto com um revestimento polimérico hidrofí-lico que permanece dentro dos poros da membrana separadora. [0096] Outra abordagem para fornecer mais permanência à hidrofi-licidade conferida por um tratamento por plasma oxidante pode ser pelo tratamento subsequente com um organossilano hidrofílico. Desta forma, o plasma de oxigênio pode ser usado para ativar e conferir grupos funcionais através da área de superfície inteira do separador mi-croporoso. O organossilano pode, então, ser ligado covalentemente e/ou não aderir covalentemente à superfície tratada com plasma. Em exemplos usando um organossilano, a porosidade inerente do separador microporoso pode não ser alterada de modo perceptível, a cobertura da monocamada superficial também pode ser possível e desejável. Os métodos da técnica anterior que incorporam tensoativos em conjunto com revestimentos poliméricos podem exigir controles restritos sobre a quantidade real de revestimento aplicado à membrana, e podem, então, ser submetidos à variabilidade do processo. Em casos extremos, os poros do separador podem ser tornar bloqueados, assim, afetando adversamente a utilidade do separador durante a operação da célula eletroquímica. Um organossilano exemplificador útil na presente invenção pode ser (3-aminopropila)trietóxi silano. Outros orga-nossilanos hidrofílicos podem ser conhecidos ao versado na técnica e podem ser usados sem limitação. [0097] Ainda outro método para produzir membranas separadoras umedecíveis por eletrólito aquoso pode ser a incorporação de um tensoativo adequado na formulação de eletrólito. Uma consideração na escolha de tensoativo para produzir membranas separadoras umedecíveis pode ser o efeito que o tensoativo pode ter sobre a atividade de um ou mais eletrodos dentro da célula eletroquímica, por exemplo, aumentando-se a impedância elétrica da célula. Em alguns casos, os tensoativos podem ter propriedades anti-corrosão vantajosas, especificamente no caso de ânodos de zinco em eletrólitos aquosos. O zinco pode ser um exemplo conhecido para passar por uma reação lenta com água para liberar gás hidrogênio, o que pode ser indesejável. Inúmeros tensoativos podem ser conhecidos pelos versados na técnica para limitar as taxas da referida reação a níveis vantajosos. Em outros casos, o tensoativo pode interagir tão fortemente com a superfície do eletrodo de zinco que o desempenho da batería pode ficar impedido. Consequentemente, pode ser necessário tomar muito cuidado ao se fazer a seleção dos tipos de tensoativos adequados e dos níveis de carga para garantir que a capacidade de umedecimento do separador possa ser obtida sem afetar prejudicialmente o desempenho da célula eletroquímica. Em alguns casos, uma pluralidade de agentes tensoativos pode ser utilizada, sendo um deles presente para conferir capacidade de umedecimento para a membrana separadora e o outro presente para facilitar as propriedades anticorrosão do ânodo de zinco. Em um exemplo, nenhum tratamento hidrofílico é feito para a membrana separadora e um tensoativo ou uma pluralidade de tensoativos é adicionada à formulação de eletrólito numa quantidade suficiente para afetar a capacidade de umedecimento da membrana separadora. [0098] Separadores discretos podem ser integrados na microbate-ria laminar pela colocação direta em um meio para armazenamento que inclui uma cavidade, bolsa ou estrutura desenhada dentro da montagem. Desejavelmente, esse meio de armazenamento pode ser formado por uma estrutura que tem um corte, que pode ser uma compensação geométrica da forma do separador, resultando em uma cavidade, bolsa ou estrutura dentro da montagem. Além disso, o meio de armazenamento pode ter uma borda ou degrau no qual o separador fica durante a montagem. A borda, ou degrau, pode opcionalmente incluir um adesivo sensível à pressão que retém o separador discreto.
Vantajosamente, o adesivo sensível à pressão pode ser o mesmo usado na construção e empilhamento de outros elementos de uma mi-crobateria laminar exemplificadora.
Adesivo sensível à pressão [0099] Em alguns exemplos, a pluralidade de componentes compreendendo as microbaterias laminares da presente invenção pode ser mantida em conjunto com um adesivo sensível à pressão (PSA) que também serve como um vedante. Embora uma miríade de formulações de adesivo sensível à pressão comercialmente disponíveis possa existir, essas formulações quase sempre incluem componentes que podem torná-las inadequadas para uso dentro de uma microbateria laminar biocompatível. Os exemplos de componentes indesejados nos adesivos sensíveis à pressão podem incluir componentes de formação de depósitos de baixa massa molecular, antioxidantes, por exemplo, BHT e/ou MEHQ, óleos plastificantes, impurezas, porções oxidativa-mente instáveis que contenham, por exemplo, ligações químicas insa-turadas, solventes residuais e/ou monômeros, fragmentos de iniciador de polimerização, acentuadores de pegajosidade polares e similares. [00100] Os PSAs adequados pode, por outro lado, exibir as seguintes propriedades. Os mesmos podem ser capazes de ser aplicados para laminar os componentes para atingir finas camadas na ordem de 2 a 20 mícrons. Além disso, os mesmos podem compreender um mínimo de, por exemplo, zero componentes indesejáveis e não biocom-patíveis. Adicionalmente, os mesmos podem ter propriedades adesivas e coesivas suficientes, de modo a ligar os componentes da batería laminar juntos. E, eles podem ser capazes de fluir para as características inerentes à escala mícron em dispositivos da presente construção, proporcionando simultaneamente uma vedação robusta de eletrólito no interior da batería. Em alguns exemplos de PSAs adequados, os PSAs podem ter uma permeabilidade baixa a vapor d'água a fim de manter uma composição de eletrólito aquoso desejável dentro da batería até mesmo quando a bateria pode ser submetida a umidades extremas por períodos de tempo prolongados. Os PSAs podem ter boa resistência química a componentes de eletrólitos, como ácidos, tensoativos e sais. Os mesmos podem ser inertes aos efeitos de imersão de água. Os PSAs adequados podem ter uma baixa permeabilidade a oxigênio para reduzir a taxa de oxidação direta, que pode ser uma forma de au-todescarga, de ânodos de zinco. E, os mesmos podem facilitar uma finita permeabilidade a gás hidrogênio, que pode ser lentamente evoluída a partir dos ânodos de zinco em eletrólitos aquosos. Essa propriedade de finita permeabilidade a gás hidrogênio pode evitar um acúmulo de pressão interna. [00101] Em consideração a essa exigências, poli-isobutileno (PIB) pode ser um material comercialmente disponível que pode ser formulado em composições de PSA atendendo a muitas, se não todas, exigências desejáveis. Além disso, PIB pode ser um selante de barreira excelente com absorvância de água muito baixa e baixa permeabilidade ao oxigênio. Um exemplo de PIB útil nos exemplos da presente invenção pode ser Oppanol® B15 pela BASF Corporation. Oppanol® B15 pode ser dissolvido em solventes de hidrocarboneto, como tolue-no, heptano, dodecano, essências minerais e similares. Uma composição de PSA exemplificadora pode incluir 30 por cento de Oppanol® B15 (p/p) em uma mistura de solvente que inclui 70 por cento (p/p) de tolueno e 30 por cento de dodecano. As propriedades adesivas e reo-lógicas do PSA à base de PIB podem ser determinadas em alguns exemplos através da mesclagem de graus de massa molecular diferentes de PIB. Uma abordagem comum pode ser usar uma grande parte do PIB de massa molar baixa, por exemplo Oppanol® B10 para afetar o umedecimento, a pegajosidade, e a adesão, e para usar uma pequena parte de PIB de massa molar alta para afetar a dureza e re- sistência ao fluxo. Consequentemente, as mesclas de inúmeros graus de massa molar de PIB podem ser previstas e podem ser praticas dentro do escopo da presente invenção. Ademais, os agentes de pegajo-sidade podem ser adicionados à formulação de PSA desde que os requisitos supracitados possam ser satisfeitos. Pela sua própria natureza, os agentes de pegajosidade conferem propriedades polares às formulações de PSA, então as mesmas precisão ser usadas com cuidado para não afetar de forma adversa as propriedades de barreira do PSA. Ademais, os agentes de pegajosidade podem, em alguns casos, ser oxidativamente instáveis e podem incluir um antioxidante, que podería extrair do PSA. Por essas razões, os agentes de pegajosidade exemplificadores para uso em PSAs para microbaterias laminares bio-compatíveis podem incluir completamente ou em sua maior parte agentes de pegajosidade de resina de hidrocarboneto hidrogenados como a série Regalrez dos agentes de pegajosidade da Eastman Chemical Corporation.
Considerações adicionais sobre o substrato e a embalagem em módulos de batería biocompatíveis [00102] Podem haver numerosas considerações de embalagem e substrato que podem ditar características desejáveis para projetos de embalagem usados em microbaterias laminares biocompatíveis. Por exemplo, a embalagem pode ser, desejavelmente, predominantemente à base de folha e/ou filme em que essas camadas de embalagem podem ser tão finas quanto possível, por exemplo, 10 a 50 mícrons. Adicionalmente, a embalagem pode fornecer uma barreira de difusão suficiente para o ganho ou perda de umidade durante a vida de prateleira. Em muitos exemplos desejáveis, a embalagem pode fornecer uma barreira de difusão suficiente para o ingresso de oxigênio para limitar a degradação de anodos de zinco por oxidação direta. [00103] Em alguns exemplos, a embalagem pode fornecer uma tra- jetória de permeação finita a gás hidrogênio que pode evoluir devido à redução direta de água por zinco. E, a embalagem pode, desejavel-mente, conter de modo suficiente e pode isolar o conteúdo da bateria de modo que exposição potencial a um usuário possa ser minimizada. [00104] Na presente invenção, as construções de embalagem podem incluir os seguintes tipos de componentes funcionais: camadas de embalagem superior e inferior, camadas de PSA, camadas espaçado-ras, zonas de interconexão, portas de enchimento e embalagem secundária. [00105] Em alguns exemplos, as camadas superior e inferior da embalagem podem compreender folhas metálicas ou películas polimé-ricas. As camadas de embalagem de topo e de fundo podem compreender construções de filme multicamada contendo uma pluralidade de camadas poliméricas e/ou de barreira. Tais construções de película podem ser referidas como películas laminadas de barreira coextruídas. Um exemplo de uma película laminada de barreira coextruída comercial de particular utilidade na presente invenção pode ser a 3M® Scotchpak 1109 de suporte que consiste em uma manta de suporte tereftaiato de polietileno (PET), uma camada de barreira de alumínio depositada a vapor e uma camada de polietileno, incluindo uma espessura total de película média de 33 mícrons. Numerosas outras películas de barreira multicamada similares podem estar disponíveis e podem ser usadas nos exemplos alternativos da presente invenção. [00106] Em construções de projeto, incluindo um PSA, a rugosidade da superfície da camada de embalagem pode ser de particular importância porque o PSA também pode precisar vedar faces opostas da camada de embalagem. A rugosidade superficial pode resultar de processos de fabricação usados na produção de folha e película, por exemplo, os processos empregando rolamento, extrusão, gofragem e/ou calandragem, entre outros. Se a superfície é áspera demais, pode ser que o PSA não possa ser aplicado em uma espessura uniforme quando a espessura desejada do PSA pode estar na ordem do Ra de aspereza de superfície (a média aritmética do perfil de aspereza). Além disso, o PSA pode não vedar adequadamente contra uma face oposta se a face oposta possuir rugosidade que possa ser da ordem da espessura da camada do PSA. Na presente invenção, os materiais de embalagem tendo uma rugosidade superficial, Ra, inferior a 10 mí-crons podem ser exemplos aceitáveis. Em alguns exemplos, os valores de rugosidade superficial pode ser de 5 mícrons ou menos. E, ainda em outros exemplos, a rugosidade superficial pode ser de 1 mícron ou menos. Os valores de rugosidade superficial podem ser medidos por uma variedade de métodos, incluindo, mas não se limitando a técnicas de medição, como interferometria de luz branca, perfilometria mecânica e semelhantes. Pode haver muitos exemplos na técnica da metrologia de superfície em que a rugosidade da superfície pode ser descrita por uma série de parâmetros alternativos e em que os valores de rugosidade superficial média, Ra, aqui discutidos podem ser destinados a serem representativos dos tipos de características inerentes nos processos de fabricação acima mencionados.
Processamento ilustrado exemplificador da enerqização biocompatível - separador colocada [00107] Um exemplo das etapas que podem estar envolvidas no processamento de elementos de energização biocompatíveis pode ser observado com referência às Figuras 4A a 4N. O processamento, em algumas das etapas exemplificadoras, pode ser observado nas Figuras individuais. Na Figura 4A, uma combinação de um Espaçador de Cátodo de PET 401 e um Espaçador de Lacuna de PET 404 é ilustrada. O Espaçador de Cátodo de PET 401 pode ser formado aplicando-se filmes de PET 403 que, por exemplo, podem ser de aproximadamente 3 mils de espessura. Em qualquer lado da camada de PET po- dem ser observadas camadas de PSA, ou as mesmas podem ser tampadas com uma camada de liberação de PVDF 402 que pode ser de aproximadamente 1 mil de espessura. O Espaçador de Lacuna de PET 404 pode ser formado de uma camada de PVDF 409 que pode ter aproximadamente 3 mils de espessura. Pode haver uma camada de PET de cobertura 405 que pode ter aproximadamente 0,5 mils de espessura. Entre a camada de PVDF 409 e a camada de PET de ca-peamento 405, em alguns exemplos, pode estar uma camada de PSA. [00108] Prosseguindo para a Figura 4B, um orifício 406 na camada do Espaçador de Lacuna de PET 404 pode ser cortado por tratamento de corte a laser. A seguir, na Figura 4C, a camada cortada do Espaçador de Lacuna de PET 404 pode ser laminada 408 no Espaçador de Cátodo à camada de PET 401. Prosseguindo para a Figura 4D, um orifício do espaçador de cátodo 410 pode ser cortado por tratamento de corte a laser. O alinhamento dessa etapa de corte pode ser registrado nas características previamente cortadas na camada do Espaçador de Lacuna de PET 404. Na Figura 4E, uma camada de Celgard 412, para uma última camada separadora, pode ser ligada a um veículo 411. Prosseguindo para a Figura 4F, o material de Celgard pode ser cortado para figuras que estão entre o tamanho dos dois orifícios de corte a laser prévios e, aproximadamente, o tamanho do orifício 406 no Espaçador de Lacuna de PET, formando um separador pré-cortado 420. Prosseguindo para a Figura 4G, uma ferramenta de braços manipuladores do tipo "pick-and-place” 421 pode ser usada para pegar e colocar as peças discretas de Celgard em suas localizações desejadas nos dispositivos de produção. Na Figura 4H, as peças de Celgard colocadas 422 são presas em um local e, então, a camada de liberação de PVDF 423 pode ser removida. Prosseguindo para a Figura 4I, a estrutura dos dispositivos de produção pode ser ligada a um filme do ânodo 425. O ânodo 425 pode compreender um filme coletor de ânodo no qual um filme de ânodo de zinco foi eletrodepositado. [00109] Prosseguindo para a Figura 4J, a pasta fluida para cátodo 430 pode ser colocada em uma lacuna formada. Uma espátula 431 pode ser usada em alguns exemplos para espalhar a mistura de cátodo por uma peça de trabalho e, no processo, encher as lacunas dos dispositivos de bateria a serem formadas. Após encher, a camada de liberação de PVDF 432 remanescente pode ser removida, o que pode resultar na estrutura ilustrada na Figura 4K. Na Figura 4L, toda a estrutura pode ser submetida a um processo de secagem que pode encolher a pasta fluida para cátodo 440 para também estar na altura do topo da camada de PET. Prosseguindo para a Figura 4M, uma camada de filme de cátodo 450, que já pode ter o filme coletor de cátodo sob a mesma, pode ser ligada à estrutura de crescimento. Em uma ilustração final na Figura 4N, um processo de corte a laser pode ser realizado para remover as regiões laterais 460 e produzir um elemento de bateria 470. Pode haver várias alterações, exclusões, mudanças nos materiais e espessura alvo que podem ser úteis dentro do objetivo da presente invenção. [00110] O resultado do processamento exemplificador é mostrado com alguns detalhes na Figura 5. Em um exemplo, podem ser definidas as seguintes características de referência. A química de cátodo 510 pode estar localizada em contato com o cátodo e coletor do cátodo 520. Uma camada de adesivo sensível à pressão 530 pode conter e vedar o coletor de cátodo 520 para uma camada espaçadora de PET 540. No outro lado da camada espaçadora de PET 540, pode ter outra camada de PSA 550, que veda e adere a camada espaçadora de PET 540 à camada de vão de PET 560. Outra camada de PSA 565 pode vedar e aderir a camada de vão de PET 560 às camadas de coletor de corrente do ânodo e ânodo. Uma camada galvanizada de zinco 570 pode ser galvanizada no coletor de corrente do ânodo 580. A camada separadora 590 pode estar localizada no interior da estrutura para executar as funções associadas como foram definidas na presente invenção. Em alguns exemplos, um eletrólito pode ser adicionado durante o processamento do dispositivo, em outros exemplos, o separador pode já incluir o eletrólito.
Ilustração do processamento exemplificador da enerqizacão biocom-patível -separador depositado [00111] Um exemplo das etapas que podem estar envolvidas no processamento de elementos de energização biocompatíveis é encontrado nas Figuras 6A a 6F. O processamento em algumas das etapas exemplificadoras pode ser encontrado nas figuras individuais. Pode haver várias alterações, deleções, mudanças de materiais e espessuras alvo que podem ser úteis dentro da intenção da presente invenção. [00112] Na Figura 6A, um construto laminar 600 pode ser ilustrado. A estrutura laminar pode compreender duas camadas de liberação de construto laminar 602 e 602a; duas camadas adesivas de construto laminar 604 e 604a, localizadas entre as camadas de liberação de construto laminar 602 e 602a; e um núcleo de construto laminar 606 localizado entre as duas camadas adesivas de construto laminar 604 e 604a. As camadas de liberação de construto laminar, 602 e 602a, e camadas adesivas, 604 e 604a, podem ser produzidas ou adquiridas como uma fita de transferência de adesivo sensível à pressão comercialmente disponível com camada de tira primária. As camadas adesivas de construto laminar podem ser uma camada de PVDF que pode ter cerca de, 1-3 milímetros de espessura e recobrir o núcleo de construto de laminar 606. O núcleo de construto laminar 606 pode compreender uma resina polimérica termoplástica, como polietileno tereftala-to, que, por exemplo, pode ter aproximadamente 3 milímetros de espessura. Prosseguindo para a Figura 6B, um meio para armazenar a mistura de cátodo, como uma cavidade para a bolsa de cátodo 608, pode ser cortado na construto laminar por tratamento de corte a laser. [00113] A seguir, na Figura 6C, a camada de liberação inferior do construto laminar 602a pode ser removido do construto laminar, expondo a camada adesiva de construto laminar 604a. A camada adesiva de construto laminar 604a pode, então, ser usada para aderir uma folha metálica de conexão anódica 610 para tampar a abertura inferior da bolsa de cátodo 608. Prosseguindo para a Figura 6D, a folha metálica de conexão anódica 610 pode ser protegida na camada inferior exposta aderindo-se uma camada de mascaramento 612. A camada de mascaramento 612 pode ser uma fita de transferência de PSA comercialmente disponível com um revestimento primário. A seguir, na Figura 6E, a folha metálica de conexão anódica 610 pode ser galvanizada com um metal coerente 614, o zinco, por exemplo, que reveste a seção exposta da folha metálica de conexão anódica 610 dentro da bolsa de cátodo. Prosseguindo para 6F, a camada de mascaramento de coleta elétrica do ânodo 612 é removida do fundo da folha metálica de conexão anódica 610 após a galvanoplastia. [00114] As Figuras 7A a 7F ilustram um modo alternativo de processamento das etapas do método ilustrado nas Figuras 6A a 6F. As Figuras 7A a 7B podem ilustrar processos semelhantes, como mostrado nas Figuras 6A a 6B. A estrutura laminar pode compreender duas camadas de liberação de construto laminar 702 e 702a, uma camada em cada extremidade; duas camadas adesivas de construto laminar 704 e 704a, localizadas entre as camadas de liberação de construto laminar 702 e 702a; e um núcleo de construto laminar 706 localizado entre as duas camadas adesivas de construto laminar 704 e 704a. As camadas de liberação de construto laminar e camadas adesivas podem ser produzidas ou adquiridas como uma fita de transferência de adesivo sensível à pressão comercialmente disponível com camada de tira primária. As camadas adesivas de construto laminar podem ser uma camada de fluoreto de polivinilideno (PVDF) que pode ter aproximadamente 1 a 3 milímetros de espessura e capear o núcleo de cons-truto laminar 706. O núcleo de construto laminar 706 pode compreender uma resina polimérica termoplástica, como polietileno tereftalato, que, por exemplo, pode ter aproximadamente 3 milímetros de espessura. Prosseguindo para a Figura 7B, um meio para armazenar, como uma cavidade para a bolsa de cátodo 708, pode ser cortado no construto laminar por tratamento de corte a laser. Na Figura 7C, uma folha metálica de conexão anódica 710 pode ser obtida e uma camada de mascaramento protetora 712 aplicada em um lado. A seguir, na Figura 7D, a folha metálica de conexão anódica 710 pode ser galvanizada com uma camada 714 de um metal coerente, por exemplo, zinco. Prosseguindo para a Figura 7E, os construtos laminares das Figuras 7B e 7D podem ser combinados para formar um novo construto laminar, conforme descrito na Figura 7E, pela adesão da construção da Figura 7B na camada galvanizada 714 da Figura 7D. A camada de liberação 702a da Figura 7B pode ser removida a fim de expor a camada adesiva 704a da Figura 7B para aderência sobre camada galvanizada 714 da Figura 7D. Prosseguindo para a Figura 7F, a camada de mascaramento protetora de ânodo 712 pode ser removida do fundo da folha metálica de conexão anódica 710. [00115] As Figuras 8A a 8H ilustram modalidades exemplificadoras para implementação de elementos de energização em uma estrutura laminar biocompatível, que às vezes é referida como uma montagem laminar ou uma montagem laminada aqui, semelhante, por exemplo, às ilustradas nas Figuras 6A a 6F e 7A a 7F. Continuando na Figura 8A, uma mistura precursora separadora de hidrogel 820 pode ser depositada sobre a superfície do conjunto laminado. Em alguns exemplos, conforme descrito, a mistura precursora de hidrogel 820 pode ser aplicada sobre uma camada de liberação 802. A seguir, na Figura 8B, a mistura precursora separadora de hidrogel 820 pode ser espalhada 850 na bolsa de cátodo enquanto é retirada da camada de liberação 802. O termo "espalhada" pode, em geral, se referir ao uso da ferramenta de planarização ou raspagem para esfregar em toda a superfície e mover o material fluido sobre a superfície e para cavidades, conforme existam. O processo de espalhamento pode ser realizado por equipamento similar ao dispositivo tipo "rodo" ou, alternativamente, dispositivo de planarização, como bordas de facas, bordas de aparelho de barbear ou depilar e similares, que podem ser feitos de vários materiais, conforme possa ser quimicamente consistente com o material a ser removido. [00116] O processamento descrito na Figura 8B pode ser realizado várias vezes para garantir o revestimento da bolsa de cátodo e aumentar a espessura das características resultantes. A seguir, na Figura 8C, pode-se permitir que a mistura precursora separadora de hidrogel seque a fim de evaporar materiais, que podem tipicamente ser solventes ou diluentes de vários tipos, da mistura precursora separadora de hidrogel e, então, os materiais aplicados e dispensados podem ser curados. Pode ser possível repetir ambos os processos descritos na Figura 8B e na Figura 8C em combinação em alguns exemplos. Em alguns exemplos, a mistura precursora separadora de hidrogel pode ser curada pela exposição ao calor, enquanto que, em outros exemplos, a cura pode ser realizada pela exposição à energia de fóton. Ainda em outros exemplos, a cura pode envolver tanto a exposição à energia de fóton quanto ao calor. Pode haver várias formas de curar a mistura precursora separadora de hidrogel. [00117] O resultado da cura pode ser a formação do material precursor separador de hidrogel na parede da cavidade, bem como na região de superfície nas proximidades de uma característica de ânodo ou cátodo que, no presente exemplo, pode ser uma característica de ânodo. A aderência do material às paredes laterais da cavidade pode ser útil na função de separação de um separador. O resultado da cura pode ser a formação de um concentrado de mistura precursora polime-rizada de anidro 822 que pode ser simplesmente considerado o separador da célula. Prosseguindo para a Figura 8D, a pasta fluida para cátodo 830 pode ser depositada na superfície da camada de liberação de construto laminar 802. Em seguida, na Figura 8E a pasta fluida para cátodo 830 pode ser espalhada pelo dispositivo 850 no bolso do cátodo e sobre o concentrado da mistura precursora polimerizada anidro 822. A pasta fluida para cátodo pode ser movida para sua localização desejada na cavidade enquanto é limpa simultaneamente a um grau alto a partir da camada de liberação de construto laminar 802. O processo da Figura 8E pode ser realizado várias vezes para garantir o revestimento da pasta fluida para cátodo 830 no topo do concentrado de mistura precursora polimerizada de anidro 822. A seguir, na Figura 8F, pode-se permitir que a pasta fluida para cátodo seque para formar um preenchimento de cátodo isolado 832 no topo do concentrado de mistura precursora polimerizada de anidro 822, preenchendo o restante da bolsa de cátodo. [00118] Prosseguindo para a Figura 8G, uma formulação de eletróli-to 840 pode ser adicionada ao preenchimento de cátodo isolado 832 e possibilitada de hidratar o preenchimento de cátodo isolado 832 e o concentrado de mistura precursora polimerizada de anidro 822. A seguir, na Figura 8H, uma folha metálica de conexão de cátodo 816 pode ser aderida à camada adesiva de construto laminar 804 restante pela remoção da camada de liberação de construto laminar 802 restante e pressionando-se a folha metálica de conexão 816 no lugar. A colocação resultante pode resultar na cobertura de preenchimento de cátodo hidratado 842, bem como no estabelecimento de contato elétrico com o preenchimento de cátodo 842, como um coletor de corrente catódica e meios de conexão. [00119] As Figuras 9A a 9C ilustram modalidades exemplificadoras da montagem laminada resultante da Figura 7D. Na Figura 9A, a folha de conexão anódica 710 pode ser obtida e uma camada de mascara-mento de proteção 712 aplicada a um lado. A folha metálica de conexão anódica 710 pode ser depositada com uma camada 714 de metal coerente como, por exemplo, zinco. De forma similar, conforme descrito nas Figuras anteriores. Prosseguindo para a Figura 9B, um separador de hidrogel 910 pode ser aplicado sem limitação ao uso do método de rodo ilustrado na Figura 8E. A mistura precursora separadora de hidrogel pode ser aplicada de várias formas, por exemplo, um filme pré-formado da mistura pode ser aderido mediante ação física; alternativamente, uma mistura diluída da mistura precursora separadora de hidrogel pode ser dispensada e então ajustada a uma espessura adequada mediante o processamento por revestimento por centrifugação. Aiternativamente, o material pode ser aplicado por revestimento por pulverização, ou qualquer outro processamento equivalente. A seguir, na Figura 9C, o processamento é retratado para criar um segmento do separador de hidrogel que pode funcionar como uma contenção ao redor de uma região de separador. O processamento pode criar uma região que limita o fluxo, ou difusão, de materiais como eletrólito fora da estrutura interna dos elementos de batería formados. Essa característica de bloqueio 920 de vários tipos pode, portanto, ser formado. A característica de bloqueio 920, em alguns exemplos, pode corresponder a uma região altamente reticulada da camada separadora que pode ser formada em alguns exemplos pela maior exposição a energia de fóton na região desejada da característica de bloqueio 920. Em outros exemplos, os materiais podem ser adicionados ao material de separador de hidrogel antes de ser curado para criar porções regionalmente diferenciadas que mediante a cura se tornam a característica de bloqueio 920. Em ainda outros exemplos, as regiões do material de separador de hidrogel podem ser removidas antes ou após a cura através de vários conjuntos de procedimentos que incluem por exemplo gravação química da camada com mascaramento para definir a extensão regional. A região do material removido pode criar uma característica de bloqueio por si só ou alternativamente material pode ser adicionado de volta no espaço vazio para criar uma característica de bloqueio. O processamento do segmento impermeável pode ocorrer através de vários métodos, incluindo o processamento de imagem, o aumento da reticulação, fotodosagem pesada, retroenchimento, ou omissão de aderência por hidrogel para criar um vazio. Em alguns exemplos, uma construção de laminado ou conjunto do tipo descrito como o resultado do processamento na Figura 9C pode ser formado sem limitação à característica de bloqueio 920.
Separadores do elemento de batería polimerizados [00120] Em alguns projetos de bateria, o uso de um separador discreto (conforme descrito em uma seção anterior) pode ser excluído devido a uma variedade de razões como o custo, a disponibilidade dos materiais, a qualidade dos materiais, ou a complexidade de processamento para algumas opções de material como os exemplos não limitadores. Nesses casos, um separador fundido ou em fundição que é ilustrado nos processos das Figuras 8A a 8H, por exemplo, pode fornecer benefícios desejáveis. Embora separadores de amido ou em pasta tenham sido usados comercialmente com sucesso em AA e outras baterias no formato Leclanché ou zinco-carbono, esses separadores podem ser inadequados de algumas maneiras para o uso em certos exemplos de microbaterias laminares. Atenção particular pode precisar ser dada para a uniformidade e consistência da geometria de qualquer separador utilizado nas baterias da presente invenção. O controle preciso sobre o volume de separador pode ser necessário para facilitar a incorporação subsequente precisa dos volumes de cátodo conhecidos e concretização subsequente das capacidades de descarga consistentes e desempenho da célula. [00121] Um método para alcançar um separador de forma no lugar mecanicamente robusto uniforme pode ser para usar formulações de hidrogel curável por UV. Numerosas formulações de hidrogel permeável a água podem ser conhecidas em várias indústrias, por exemplo, a indústria de lente de contato. Um exemplo de um hidrogel comum na indústria de lente de contato pode ser gel reticulado de poli (metacrila-to de hidróxi-etila) ou simplesmente de pHEMA. Para várias aplicações da presente invenção, o pHEMA pode ter muitas propriedades atraentes para uso em baterias Leclanché e de zinco-carbono. O pHEMA, tipicamente, pode manter um teor de água de aproximadamente 30 a 40 por cento no estado hidratado, enquanto mantém um módulo elástico de cerca de 100 psi ou maior. Ademais, as propriedades de teor de água e módulo dos hidrogéis reticulados podem ser ajustadas por alguém versado na técnica incorporando-se componentes monoméri-cos hidrofílicos (por exemplo ácido metacrílico) ou poliméricos (por exemplo polivinilpirrolidona). Desta forma, o teor de água, ou mais especificamente, a permeabilidade iônica do hidrogel pode ser ajustada pela formulação. [00122] De vantagem particular em alguns exemplos, uma formulação de hidrogel polimerizável e moldável pode conter um ou mais dilu-entes para facilitar o processamento. O diluente pode ser escolhido para ser volátil de modo que a mistura moldável possa ser raspada com rodo para o interior de uma cavidade, e então permitida um tempo de secagem suficiente para remover o componente de solvente volátil. Após a secagem, uma fotopolimerização a granel pode ser iniciada mediante a exposição à radiação actínica com comprimento de onda adequado, como luz UV azul a 420 nm, para o fotoiniciador escolhido, como CGI 819. O diluente volátil pode ajudar a proporcionar uma viscosidade de aplicação desejável de modo a facilitar a moldagem de uma camada uniforme de material polimerizável na cavidade. O diluente volátil também pode fornecer efeitos redutores de tensão de superfície benéficos, particularmente no caso em que monômeros fortemente polares são incorporados na formulação. Outro aspecto que pode ser importante para alcançar a moldagem de uma camada uniforme de material polimerizável na cavidade pode ser a viscosidade de aplicação. Os monômeros reativos comuns de massa molar pequena tipicamente não têm viscosidades muito altas, que podem ser tipicamente alguns centipoise. Em um esforço para fornecer controle da viscosidade benéfico do material separador moldável e polimerizável, um componente polimérico de massa molar alta conhecido como compatível ao material polimerizável pode ser selecionado para a incorporação no interior da formulação. Os exemplos de polímero de massa molar alta que podem ser adequado à incorporação no interior de formulações exemplificadoras podem incluir polivinilpirrolidona e poli(óxido de etile-no). [00123] Em alguns exemplos o separador moldável e polimerizável pode ser vantajosamente aplicado no interior de uma cavidade projetada, conforme descrito anteriormente. Em exemplos alternativos, pode não haver cavidade alguma no momento da polimerização. Em vez disso, a formulação separadora moldável, polimerizável pode ser recoberta sobre um substrato contendo elétrodo, por exemplo, latão depositado com zinco moldado, e, em seguida, exposto à radiação actí-nica com o uso de uma fotomáscara para polimerizar seletivamente o material separador em áreas específicas. O material separador pode, então, ser removido pela exposição a solventes de enxágue apropriados. Nesses exemplos, o material separador pode ser designado como um separador fotomoldável.
Formulações do separador de múltiplos componentes [00124] O separador útil, de acordo com os exemplos da presente invenção, pode ter inúmeras propriedades que podem ser importantes para sua função. Em alguns exemplos, o separador pode ser deseja-velmente formado de tal maneira que crie uma barreira física, de modo que as camadas em qualquer lado do separador não entrem em contato fisicamente. A camada pode, assim, ter uma característica importante de espessura uniforme, pois, enquanto uma fina camada pode ser desejável por várias razões, um espaço vazio ou lacuna pode ser essencial. Adicionalmente, a fina camada pode ter desejável mente uma alta permeabilidade para permitir o fluxo livre de íons. Ainda, o separador exige entrada de água ideal para otimizar as propriedades mecânicas do separador. Assim, a formulação pode conter um componente de reticulação, um componente polimérico hidrofílico e um componente de solvente. [00125] Um reticulador pode ser um monômero com duas ou mais ligações duplas polimerizáveis. Reticuladores adequados podem ser compostos com dois ou mais grupos polimerizáveis funcionais. Os exemplos de reticuladores hidrofílicos adequados incluem compostos tendo dois ou mais grupos funcionais polimerizáveis, bem como grupos funcionais hidrofílicos como grupos poliéter, amida ou hidroxila. Os exemplos específicos podem incluir TEGDMA (tetraetilenoglicol dime-tacrilato), TrEGDMA (trietilenoglicol dimetacrilado), etileno glicol dime-tacrilato (EGDMA), etilenodiamina dimetaacrilamida, glicerol dimetacri-lato e/ou combinações dos mesmos. [00126] As quantidades de reticulador que podem ser usadas em alguns exemplos podem variar de, por exemplo, cerca de 0,000415 até cerca de 0,0156 mol por 100 gramas de componentes reativos na mistura de reação. A quantidade de agente de reticulação hidrofílico usada pode ser, de modo geral, de cerca de 0 a cerca de 2 por cento em peso e, por exemplo, de cerca de 0,5 a cerca de 2 por cento em peso. Componentes poliméricos hidrofílicos capazes de aumentar a viscosidade da mistura reativa e/ou aumentar o grau de ligação de hidrogênio com o monômero hidrofílico de reação lenta, como polímeros de alta massa molar, podem ser desejáveis. [00127] Os polímeros hidrofílicos de alta massa molar proporcionam molhabilidade otimizada e, em alguns exemplos pode melhorar a mo-Ihabilidade do separador da presente invenção. Em alguns exemplos não limitadores, polímeros hidrofílicos de alta massa molar possam ser receptores de ligação por hidrogênio que, em ambientes aquosos, se ligam pelo hidrogênio à água, tornando-se assim efetivamente mais hidrofílicos. A ausência de água pode facilitar a incorporação do polímero hidrofílico na mistura de reação. Além dos polímeros hidrofílicos de alta massa molar especificamente mencionados, pode ser esperado que qualquer polímero de alta massa molar seja útil na presente invenção, desde que, quando o polímero for adicionado a uma formulação de hidrogel de silicone exemplificadora, o polímero hidrofílico (a) não sofra uma substancial separação de fase da mistura de reação, e (b) confira molhabilidade ao polímero curado resultante. [00128] Em alguns exemplos, o polímero hidrofílico de alta massa molar pode ser solúvel no diluente sob temperaturas de processamento. Os processos de fabricação que usam água ou diluentes solúveis em água, como álcool isopropílico (IPA), podem ser exemplos desejáveis devido a sua simplicidade e seu custo reduzido. Nesses exemplos, os polímeros hidrofílicos de alto peso molecular que são solúveis em água sob temperaturas de processamento podem também ser desejáveis. [00129] Os exemplos de polímeros hidrofílicos de alto peso molecular podem incluir, mas não se limitam a poliamidas, polilactonas, polii-midas, polilactamas e poliamidas funcionalizadas, polilactonas, polii- midas, poiilactamas, como PVP e copolímeros dos mesmos, ou, alternativamente, DMA funcionalizado por copolimerização com uma quantidade molar menor de um monômero hidroxila-funcional, como HEMA, seguida de reação dos grupos hidroxila do copolímero resultante com materiais contendo grupos polimerizáveis radicais, como isocianato etil metacrilato ou cloreto de metacriloíla. Polímeros hidrofílicos de alto peso molecular podem incluir, mas não se limitam a poli-N-vinil pirroli-dona, poli-N-vinil-2-piperidona, poli-N-vinil-2-caprolactama, poli-N-vinil-3-metil-2-caprolactama, poli-N-vinil-3-metil-2-piperidona, poli-N-vinil-4-metil-2-piperidona, poli-N-vinil-4-metil-2-caprolactama, poli-N-vinil-3-etil-2-pirrolidona e poli-N-vinil-4,5-dimetil-2-pirrolidona, polivinilimidazol, poli-N—N-dimetilacrilamida, álcool polivinílico, ácido poliacrílico, óxido de polietileno, poli 2 etil oxazolina, polissacarídeos de heparina, polis-sacarídeos, misturas e copolímeros (incluindo bloco ou aleatório, ramificado, multicadeias, em forma de pente ou em forma de estrela) dos mesmos onde poli-N-vinilpirrolidona (PVP) pode ser um exemplo desejável onde PVP foi adicionado a uma composição de hidrogel para formar uma rede de interpenetração que mostra um baixo grau de atrito de superfície e uma baixa taxa de desidratação. [00130] Componentes ou aditivos adicionais, que podem ser geralmente conhecidos na técnica, podem também ser incluídos. Os aditivos podem incluir, mas não se limitam a, compostos absorventes de ultravioleta, fotoiniciadores, como CGI 819, tonalizantes reativos, compostos microbicidas, pigmentos, fotocrômicos, agentes de liberação, combinações dos mesmos e similares. [00131] O método associado com estes tipos de separadores pode também incluir receber o CGI 819; e então misturar com PVP, HEMA, EGDMA e IPA; e então curar a mistura resultante com uma fonte de calor ou exposição a fótons. Em alguns exemplos, a exposição a fó-tons pode ocorrer onde a energia dos fótons é consistente com um comprimento de onda que ocorre na porção ultravioleta do espectro eletromagnético. Outros métodos de iniciar a polimerização geralmente realizada em reações de polimerização estão dentro do escopo da presente invenção.
Coletor de correntes e eletrodos [00132] Em alguns exemplos de células zinco-carbono e Leclanche, o coletor de corrente catódica pode ser uma haste de carbono sinteri-zada. Esse tipo de material pode enfrentar obstáculos técnicos para células eletroquímicas finas da presente invenção. Em alguns exemplos, as tintas de carbono impressas podem ser usadas em células eletroquímicas finas para substituir uma haste de carbono sinterizado pelo coletor de corrente catódica e, nesses exemplos, o dispositivo resultante pode ser formado sem prejudicar de modo significante a célula eletroquímica resultante. Tipicamente, as tintas de carbono podem ser aplicadas diretamente aos materiais de embalagem que podem incluir filmes poliméricos, ou em alguns casos folhas metálicas. Nos exemplos em que o filme de embalagem pode ser uma folha metálica, a tinta de carbono pode precisar proteger a folha metálica subjacente de degradação química e/ou corrosão pelo eletrólito. Ademais, nesses exemplos, o coletor de corrente de tinta de carbono pode precisar fornecer condutividade elétrica a partir do interior da célula eletroquímica para o exterior da célula eletroquímica, implicando em vedação ao redor ou através da tinta de carbono. Devido à natureza porosa das tintas de carbono, isso pode não ser realizado com facilidade sem desafios significativos. As tintas de carbono também podem ser aplicadas em camadas que têm espessura relativamente pequena e finita, por exemplo, 10 a 20 mícrons. Em um projeto de célula eletroquímica fina em que a espessura de embalagem interna total somente pode ser cerca de 100 a 150 mícrons, a espessura de uma camada de tinta de carbono pode consumir uma fração significativa do volume interno total da célula eletroquímica, impactando negativamente assim o desempenho elétrico da célula. Adicionalmente, a natureza fina da batería geral e o coletor de corrente em particular pode implicar uma área em corte transversal pequena para o coletor de corrente. À medida em que a resistência de um trilho aumenta o comprimento do trilho e reduz a área em seção transversal, pode haver uma troca direta entre a espessura e a resistência do coletor de corrente. A resistividade a granel da tinta de carbono pode ser insuficiente para satisfazer o requisito de resistência das baterias finas. As tintas preenchidas com prata ou outros metais condutores também podem ser consideradas para reduzir a resistência e/ou espessura, mas as mesmas podem introduzir novos desafios como a incompatibilidade com eletrólitos inovadores. Em consideração desses fatores, em alguns exemplos pode ser desejável concretizar células eletroquímicas finas de alto desempenho e eficazes da presente invenção utilizando-se uma folha metálica fina como o coletor de corrente, ou aplicar um filme de metal fino a uma camada de embalagem de polímero subjacente par agir como o coletor de corrente. Essas folhas metálicas podem ter resistividade significativamente inferior, permitindo assim que as mesmas satisfaçam os requisitos de resistência elétrica com muito menos espessura do que as tintas de carbono impressas. [00133] Em alguns exemplos, uma ou mais dentre as camadas de embalagem de topo e/ou fundo podem servir como um substrato para um metal de coletor de corrente pulverizado ou pilha de metal. Por exemplo, o reforço Scotchpak 1109 da 3M® pode ser metalizado com o uso de deposição física de vapor (PVD) de uma ou mais camadas metálicas úteis como um coletor de corrente para um cátodo. As pilhas metálicas exemplificadoras úteis como coletores de corrente catódica podem ser camadas de adesão de Ti-W (titânio-tungstênio) e camadas condutoras de Ti (titânio). As pilhas metálicas exemplificadoras úteis como coletores de corrente de ânodo podem ser camadas de adesão de Ti-W, camadas condutoras de Au (ouro) e camadas de deposição de In (índio). A espessura das camadas de PVD pode ser menor que 500 nm no total. Se múltiplas camadas de metais forem usadas, as propriedades eletroquímicas e de barreira podem precisar ser compatíveis com a batería. Por exemplo, o cobre pode ser eletrodepositado no topo de uma camada de partículas iniciais para cultivar uma camada condutora espessa. Camadas adicionais podem ser depositadas sobre o cobre. No entanto, o cobre pode ser eletroquimicamente incompatível com certos eletrólitos especialmente na presença de zinco. Consequentemente, se o cobre for utilizado como uma camada na batería, pode precisar ser suficientemente isolado do eletrólito das baterias. Alternativamente, o cobre pode ser excluído ou por outro metal, substituído. [00134] Em outros exemplos, as folhas de embalagem de superiores e/ou inferiores podem também funcionar como coletores de corrente. Por exemplo, uma folha de latão de 25 mícrons pode ser útil como um coletor de corrente anódica para um ânodo de zinco. A folha de latão pode ser opcionalmente eletrodepositada com índio antes de ele-trodepositada com zinco. Em um exemplo, as folhas metálicas de embalagem do coletor de corrente catódica podem compreender folha metálica de titânio, folha metálica Hastelloy C-276, folha metálica de cromo e/ou folha metálica de tântalo. Em certos projetos, uma ou mais folhas metálicas de embalagem podem ser em branco finas, gravada, gofrada, texturizada, fabricada a laser, ou processada de outra forma para fornecer a forma desejável, rugosidade de superfície e/ou geometria do encapsulamento da célula.
Mistura de cátodo [00135] Pode haver várias misturas químicas de cátodo que podem ser consistentes com os conceitos da presente invenção. Em alguns exemplos, uma mistura de cátodo, que pode ser um termo para uma fórmula química usada para formar um cátodo da bateria, pode ser aplicada como uma pasta, gel, suspensão ou pasta aquosa, e pode compreender um óxido metálico de transição, como dióxido de manganês, alguns na forma de aditivo condutor, que, por exemplo, podem ser uma forma de pó condutor, como negro-de-fumo ou grafite, e polímero solúvel em água, como polivinilpirrolidona (PVP) ou alguns outros aditivos aglutinantes. Em alguns exemplos, outros componentes podem ser incluídos, como um ou mais dentre aglutinantes, sais ele-trólitos, inibidores de corrosão, água ou outros solventes, tensoativos, modifícadores de reologia e outros aditivos condutores, como, polímeros condutores. Uma vez formuladas e apropriadamente misturada, a mistura de cátodos pode ter uma reologia desejável que permita que a mesma ou seja dispensada sobre porções desejadas do separador e/ou coletor de corrente catódica, ou espalhada através de uma tela ou estêncil de uma maneira similar. Em alguns exemplos, a mistura de cátodos pode ser seca antes de ser usada em futuras etapas de montagem da célula, enquanto que, em outros exemplos, o cátodo pode conter alguns ou todos os componentes de eletrólitos, e pode ser somente parcialmente seco a um teor de umidade selecionado. [00136] O óxido metálico de transição pode, por exemplo, ser dióxido de manganês. O dióxido de manganês, que pode ser usado na mistura de cátodo, pode ser, por exemplo, dióxido de manganês eletrolíti-co (DME), devido à energia específica adicional benéfica que esse tipo de dióxido de manganês fornece em relação a outras formas, como dióxido de manganês natural (NMD) ou dióxido de manganês químico (CMD). Além disso, o DME útil em baterias da presente invenção pode precisar ter um tamanho de partícula e uma distribuição de tamanho de partícula que possam ser condutores para a formação de pas-tas/pastas aquosas de mistura de cátodos imprimíveis ou depositáveis.
Especificamente, o DME pode ser processado para remover componentes de partículas significativamente grandes, que podem ser considerados grandes em relação às outras características como dimensões internas da bateria, espessura do separador, diâmetros de ponta de distribuição, tamanhos de abertura de estêncil, ou tamanhos de malha da tela. A otimização do tamanho da partícula pode também ser usada para melhorar o desempenho da bateria, por exemplo, a impe-dância interna e a capacidade de descarga. [00137] A moagem é a redução de materiais sólidos de um tamanho médio de partícula para um tamanho médio menor de partícula, triturando, moendo, cortando, vibrando ou outros processos. A moagem pode também ser usada para liberar materiais úteis dos materiais da matriz na qual eles podem estar anexos e para concentrar minerais. Um moinho é um dispositivo que quebra materiais sólidos em pedaços menores moendo, triturando ou cortando. Pode haver vários meios para moer e muitos tipos de materiais processados nos mesmos. Tais meios de moagem podem incluir: moinho de esferas, moinho de engenho, morteiro e pilão, prensa de rolos e moinho de jato, entre outras alternativas de moagem. Um exemplo de moagem que pode ser utilizado na presente invenção é moagem por jato. Após a moagem, o estado do sólido é alterado, por exemplo, o tamanho de partícula, a disposição do tamanho da partícula e o formato da partícula. Processos de moagem de agregado podem também ser usados para remover ou separar contaminação ou umidade do agregado para produzir "preenchimentos a seco" antes do transporte ou do preenchimento estrutural. Alguns equipamentos podem combinar várias técnicas para classificar um material sólido em uma mistura de partículas cujo tamanho é limitado tanto por um tamanho de partícula mínimo quanto máximo. Tal processamento pode ser referido como "classificadores" ou "classificação". [00138] A moagem pode ser um aspecto de produção de mistura de cátodos para a distribuição uniforme do tamanho da partícula dos ingredientes da mistura de cátodos. O tamanho de partícula uniforme em uma mistura de cátodo pode auxiliar em viscosidade, reologia, ele-trocondutividade e outras propriedades de um cátodo. A moagem pode auxiliar essas propriedades através do controle da aglomeração, ou uma coleta de massa, dos ingredientes de mistura de cátodo. Aglomeração - o agrupamento de elementos dispersos que, no caso da mistura de cátodo, podem ser alótropos de carbono e óxidos metálicos de transição - pode afetar negativamente o processo de preenchimento, deixando espaços vazios na cavidade desejada do cátodo, conforme ilustrado na Figura 11 e posteriormente descrito. [00139] Ainda, a filtração pode ser outra etapa importante para a remoção de partículas aglomeradas ou indesejáveis. As partículas indesejáveis podem incluir partículas enormes, contaminantes, ou outras partículas não explicitamente levadas em consideração no processo de preparação. A filtração pode ser alcançada por meios, como filtração por filtro de papel, filtração a vácuo, cromatografia, microfiltração e outros meios de filtração. [00140] Em alguns exemplos, o DME pode ter um tamanho médio de partícula de 7 mícrons com um conteúdo de partícula grande que pode conter partículas de até cerca de 70 mícrons. Em exemplos alternativos, o DME pode ser peneirado, moído adicionalmente, ou, de outro modo, separado ou processado para limitar o teor de partículas grandes abaixo de certo limiar de, por exemplo, 25 mícrons ou menor. [00141] O cátodo pode também compreender dióxido de prata ou oxihidróxido de níquel. Tais materiais podem oferecer elevada capacidade e menor diminuição em tensão carregada durante a descarga em relação ao dióxido de manganês, ambas propriedades desejáveis em uma bateria. As baterias com base nesses cátodos podem ter exem- pios 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 que compreenda um sal de zinco e/ou sal de amônio ao invés de hidróxido de potássio. Sais de zinco/amônio podem incluir acetato, sulfato, brometo, gluconato, nitrato e iodeto. [00142] Alguns exemplos da mistura de cátodos podem incluir um aglutinante polimérico. O aglutinante pode servir a inúmeras de funções na mistura de cátodos. A função primária do aglutinante pode ser criar uma rede elétrica interpartículas suficiente entre partículas de DME e partículas de carbono. Uma função secundária do aglutinante pode ser facilitar a adesão mecânica e o contato elétrico com o coletor de corrente catódica. Uma terceira função do aglutinante pode ser influenciar as propriedades reológicas da mistura de cátodos para distribuição e/ou impressão com estêncil/tela vantajosa. Ainda, uma quarta função do aglutinante pode ser aumentar a absorção e distribuição do eletrólito dentro do cátodo. [00143] A escolha do polímero aglutinante, bem como da quantidade a ser usada, pode ser benéfica para a função do cátodo na célula eletroquímica da presente invenção. Se o polímero aglutinante for solúvel demais no eletrólito a ser usado, então, a função primária do aglutinante - continuidade elétrica - pode ser drasticamente impactada ao ponto da não funcionalidade da célula. Inversamente, se o polímero aglutinante for insolúvel no eletrólito para ser usado, porções de DME podem ser ionicamente isoladas do eletrólito, resultando no desempenho de célula reduzido, como capacidade reduzida, tensão de circuito aberto inferior e/ou resistência interna elevada. [00144] O aglutinante pode ser hidrofóbico; ele pode também ser hidrofílico. Os exemplos de polímeros aglutinantes úteis para a presente invenção compreendem PVP, poli-isobutileno (PIB), copolímeros de tribloco emborrachados que compreendam blocos de extremidade de estireno, como aqueles fabricados pela Kraton Polymers, copolímeros de bloco de borracha de butadieno estireno, ácido poliacrílico, hidro-xietilcelulose, carboximetilcelulose, sólidos de fluorocarboneto, como poli(tetrafluoroetileno), entre outros. [00145] Um solvente pode ser um componente da mistura de cáto-dos. Um solvente pode ser útil para umedecer a mistura de cátodos, o que pode auxiliar na distribuição de partículas da mistura. Um exemplo de um solvente pode ser tolueno. Também, um tensoativo pode ser útil para umedecer e, assim, distribuir a mistura de cátodos. Um exemplo de um tensoativo pode ser um detergente, como Triton™ QS-44. O Triton™ QS-44 pode auxiliar na dissociação de ingredientes agregados na mistura de cátodos, permitindo uma distribuição mais uniforme dos ingredientes da mistura de cátodos. [00146] Um carbono condutor pode normalmente ser usado na produção de um cátodo. O carbono é capaz de formar muitos alotrópicos ou modificações estruturais diferentes. Os alótropos de carbono diferentes têm propriedades físicas diferentes, permitindo a variação na eletrocondutividade. Por exemplo, a "viscosidade" do negro-de-fumo pode ajudar na aderência de uma mistura de cátodos a um coletor de corrente. Entretanto, em elementos de energização que exige quantidades relativamente baixas de energia, essas variações na eletrocondutividade podem ser menos importantes que outras propriedades favoráveis, como densidade, tamanho de partícula, condutividade de calor e uniformidade relativa, entre outras propriedades. Os exemplos de alótropos de carbono incluem: diamante, grafite, grafeno, carbono amorfo (informalmente chamado de negro-de-fumo), buckminsterfule-rano, carbono vítreo, aerogéis de carbono e outras possíveis formas de carbono capazes de conduzir eletricidade. Um exemplo de um aló-tropo de carbono pode ser grafite. [00147] Um exemplo de uma formulação completa de mistura de cátodos pode ser dado na Tabela 1 abaixo: Tabela 1 onde PIB é poli-isobutileno, JMEMD é dióxido de manganês moído a jato, KS6 é um grafite produzido por Timcal e PIB B10 é poli-isobutileno com um grau de peso molecular de B10, [00148] Uma vez formulada e processada a mistura de cátodos, a mistura pode ser dispensada, aplicada e/ou armazenada em uma superfície, como o separador de hidrogel, ou o coletor de corrente cató-dica, ou em um volume, como a cavidade na estrutura laminar. Preencher uma superfície pode resultar em um volume sendo preenchido ao longo do tempo. Para aplicar, dispensar e/ou armazenar a mistura, certa reologia pode ser desejada para otimizar o processo de distribuição, aplicação e/ou armazenamento. Por exemplo, uma reologia menos viscosa pode permitir um preenchimento melhor da cavidade enquanto, ao mesmo tempo, possivelmente sacrifica a distribuição de partículas. Uma reologia mais viscosa pode permitir uma distribuição de partícula mais otimizada, enquanto possivelmente diminuir a capacidade de preencher a cavidade e possivelmente perder eletroconduti-vidade. [00149] Por exemplo, as Figuras 10A a 10F ilustram distribuições otimizadas e não otimizadas ou aplicações em uma cavidade. A Figura 10A mostra uma cavidade preenchida de forma ideal com a mistura de cátodos após a aplicação, distribuição e/ou armazenamento. A Figura 10B mostra uma cavidade com preenchimento insuficiente no qua-drante inferior esquerdo 1002, que pode ser resultado direto da reolo- gia indesejável da mistura de cátodos. A Figura 10C mostra uma cavidade com preenchimento insuficiente no quadrante superior direito 1004, que pode ser resultado direto da reologia indesejável da mistura de cátodos. As Figuras 10D e 10E mostram uma cavidade com preenchimento no meio 1006 ou no fundo 1008 da cavidade, que pode ser uma bolha causada por um resultado direto da reologia indesejável da mistura de cátodos. A Figura 10F pode mostrar uma cavidade com preenchimento insuficiente em direção ao topo 1010 da cavidade, que pode ser um resultado direto da reologia indesejável da mistura de cá-todo reologia. Os defeitos ilustrados nas Figuras 10B a 10F podem resultar em vários problemas da batería, por exemplo, capacidade reduzida, resistência interna elevada e segurança degradada. [00150] Ainda, na Figura 11, a aglomeração 1102 pode ocorrer como resultado da reologia indesejável da mistura de cátodos. A aglomeração pode resultar em diminuição do desempenho da mistura de cá-todo, por exemplo, capacidade de descarga diminuída e resistência interna elevada. [00151] Em um exemplo, a mistura de cátodo pode parecer com uma consistência de pasta de amendoim otimizada para preencher por espátula a cavidade de construto laminar enquanto mantém a eletro-condutividade. Em outro exemplo, a mistura pode ser viscosa o suficiente para ser impressa na cavidade. Enquanto que, em outro exemplo, a mistura de cátodos pode ser seca, colocada e armazenada na cavidade. Ânodo e inibidores de corrosão de ânodo [00152] O ânodo para a batería laminar da presente invenção pode, por exemplo, compreender zinco. Em baterias de zinco-carbono tradicionais, um ânodo de zinco pode tomar a forma física de um recipiente em que o conteúdo da célula eletroquímica pode estar contido. Para a batería da presente invenção, um recipiente de zinco pode ser um exemplo, mas pode haver outras formas físicas de zinco que podem ser desejáveis a projetos para criar baterias ultrapequenas. [00153] A eletrogalvanização de zinco é um tipo de processo em diversos usos nas indústrias, por exemplo, para o revestimento de proteção ou estético de partes de metal. Em alguns exemplos, o zinco electrodepositado pode ser usado para formar ânodos finos e moldá-veis úteis para baterias da presente invenção. Ademais, o zinco ele-trogalvanizado pode ser padronizado em muitas diferentes configurações, dependendo da intenção do projeto. Um meio fácil para padronizar zinco eletrogalvanizado pode ser o processamento com o uso de uma fotomáscara ou uma máscara física. No caso da fotomáscara, um fotorresistor pode ser aplicado a um substrato condutivo, o substrato sobre o qual o zinco pode subsequentemente ser galvanizado. O padrão de galvanização desejado pode ser então projetado para a fotor-resistência por meio de uma fotomáscara, causando assim a cura de áreas selecionadas de fotorresistência. A fotorresistência não curada pode então ser removida com solvente adequado e técnicas de limpeza. O resultado pode ser uma área padronizada de material condutivo que pode receber um tratamento de zinco eletrogalvanizado. Embora esse método possa fornecer benefício ao formato ou projeto do zinco a ser galvanizado, a abordagem pode exigir o uso de materiais fotopa-dronizáveis disponíveis, que podem ter propriedades restringidas à construção de embalagem de célula geral. Consequentemente, os métodos novos e inovadores para padronizar zinco podem ser necessários para concretizar alguns projetos de microbaterias finas da presente invenção. [00154] Um meio alternativo de padronização de anodos de zinco pode ser por meio de uma aplicação de máscara física. Uma máscara física pode ser feita cortando-se passagens desejáveis em um filme que tem propriedades de barreira e/ou embalagem desejáveis. Adicio- nalmente, o filme pode ter adesivo sensível à pressão aplicado a um ou ambos os lados. Finalmente, o filme pode ter tiras removíveis de proteção aplicadas a um ou ambos os adesivos. A tira removível pode servir para o propósito duplo de proteger o adesivo durante o corte de passagem e proteção do adesivo durante as etapas de processamento específicas de montagem da célula eletroquímica, especificamente a etapa de preenchimento de cátodo. Em alguns exemplos, uma máscara de zinco pode compreender um filme de PET de cerca de 100 mí-crons de espessura ao qual um adesivo sensível à pressão pode ser aplicado a ambos os lados em uma espessura de camada de aproximadamente 10 a 20 mícrons. Ambas as camadas de PSA podem ser cobertas por um filme removível de PET que pode ter um tratamento de superfície de energia de superfície baixa, e pode ter uma espessura aproximada de 50 mícrons. Nesses exemplos, a máscara de zinco de multicamada pode compreender PSA e filme de PET. Os filmes de PET e construtos de máscara de zinco de PET/PSA conforme descrito na presente invenção podem ser desejavelmente processados com equipamento de microusinagem a laser com precisão de nanossegun-dos, como uma estação de trabalho de microusinagem a laser Oxford Lasers E-Series, para criar passagens ultra-precisas na máscara para facilitar a galvanização posterior. Em essência, uma vez que a máscara de zinco foi fabricada, um lado da tira removível pode ser removido, e a máscara com passagens pode ser laminada ao coletor de corrente do ânodo e/ou folha/filme de embalagem de lado de ânodo. Desta forma, o PSA cria uma vedação nas bordas internas das passagens, facilitando o mascaramento limpo e preciso do zinco durante a eletrogal-vanização. [00155] A máscara de zinco pode ser colocada e então a eletrogal-vanização de um ou mais materiais metálicos pode ser realizada. Em alguns exemplos, o zinco pode ser eletrogalvanizado diretamente so- bre uma folha de coletor de corrente do ânodo eletroquimicamente compatível como latão. Em exemplos de projeto alternativos, onde a embalagem do ânodo lateral compreende uma folha metálica de polímero ou folha metálica de polímero de camadas múltiplas sobre a qual a metalização de inicial foi aplicada, o zinco e/ou as soluções de folhe-amento usadas para depositar zinco podem não ser quimicamente compatíveis com a metalização inicial subjacente. As manifestações de falta de compatibilidade podem incluir rachaduras, corrosão e/ou evolução exacerbada de H2 no filme mediante contato com o eletrólito da célula. Nesse caso, metais adicionais podem ser aplicados ao metal inicial para afetar melhor a compatibilidade química geral no sistema. Um metal que pode encontrar utilidade específica nas construções de células eletroquímicas pode ser o índio. O índio pode ser amplamente usado como um componente de liga no grau de zinco da batería com sua função primária sendo para fornecer uma propriedade anti-corrosiva ao zinco na presença do eletrólito. Em alguns exemplos, o índio pode ser depositado de maneira bem sucedida em várias metali-zações iniciais, como Ti-W e Au. Os filmes resultantes de 1 a 3 mí-crons de índio nas camadas de metalização de semente podem ser aderentes e de baixa tensão. Desta forma, o filme de embalagem de lado ânodo e coletor de corrente fixado que tem uma camada de topo de índio pode ser conformável e durável. Em alguns exemplos, pode ser possível depositar zinco em uma superfície tratada com índio, o depósito resultante pode ser muito nodular e não uniforme. Este efeito pode ocorrer em configurações de baixas densidade de corrente, por exemplo, a 20 amperes por pé quadrado (ASF). Conforme visualizado sob um microscópio, os nódulos de zinco podem ser observados se formando no depósito de índio liso subjacente. Em determinados projetos de célula eletroquímica, a folga de espaço vertical para a camada de ânodo de zinco pode ser até cerca de 5 a 10 mícrons de espessura, mas em alguns exemplos, densidades de corrente inferiores podem ser usadas para a galvanização de zinco, e os crescimentos nodulares resultantes podem ser maiores do que a espessura vertical máxima de ânodo. Pode ser porque o desenvolvimento de zinco nodular se origina de uma combinação do potencial em excesso alto de índio e a presença de uma camada de óxido de índio. [00156] Em alguns exemplos, galvanização de CC de densidade de corrente superior pode superar os padrões de desenvolvimento nodular relativamente grande de zinco em superfícies de índio. Por exemplo, condições de galvanização de 1.076,39 amps por metro quadrado (100 ASF) podem resultar em zinco nodular, mas o tamanho dos nódu-los de zinco pode ser drasticamente reduzido em comparação a condições de galvanização de 215,27 amps por metro quadrado (20 ASF). Ademais, o número de nódulos pode ser bem maior em condições de galvanização de 1.076,39 amps por metro quadrado (100 ASF). O filme de zinco resultante pode, finalmente, coalescer para uma camada mais ou menor uniforme com somente algumas características residuais de desenvolvimento nodular enquanto satisfaz a folga de espaço vertical de cerca de 5 a 10 mícrons. [00157] Um benefício adicionado do índio na célula eletroquímica pode ser a redução da formação de H2, que pode ser um processo lento que ocorre em células eletroquímicas aquosas que contêm zinco. O índio pode ser beneficamente aplicado a um ou mais dos coletores de corrente de ânodo, o ânodo em si, como um componente de liga cofo-Iheado, ou como um revestimento de superfície sobre o zinco galvanizado. Para o último caso, os revestimentos da superfície de índio podem ser desejavelmente aplicados in-situ por meio de um aditivo de eletrólito, como tricloreto de índio ou acetato de índio. Quando esses aditivos podem ser adicionados ao eletrólito em concentrações pequenas, o índio pode galvanizar espontaneamente em superfícies de zinco expostas bem como porções do coletor de corrente do ânodo exposto. [00158] Zinco e ânodos similares comumente usados em baterias primárias comerciais podem ser tipicamente encontrados em formas de folha, haste e pasta. O ânodo de uma miniatura, bateria biocompa-tível pode ser de forma semelhante, por exemplo folha fina, ou pode ser galvanizada conforme mencionado anteriormente. As propriedades desse ânodo podem ser significativamente diferentes daquelas em baterias existentes, por exemplo, por conta das diferenças em contami-nantes ou acabamento de superfície atribuído aos processos de usi-nagem e galvanização. Consequentemente, os eletrodos e eletrólito podem exigir modificação especial para satisfazer os requisitos de capacidade, impedância, e vida de prateleira. Por exemplo, os parâmetros de processo de galvanização especiais, composição de banho de galvanização, tratamentos de superfície, e composição de eletrólito pode ser necessários para otimizar o desempenho de eletrodo. Arquitetura e fabricação da bateria [00159] A tecnologia de fabricação e arquitetura de bateria podem estar intimamente ligadas. Conforme discutido em seções anteriores da presente invenção, a bateria tem os seguintes elementos: cátodo, ânodo, separador, eletrólito, coletor de corrente catódica, coletor de corrente anódica e embalagem. Os projetos inteligentes podem tentar combinar esses elementos em subconjuntos fáceis de fabricar. Em outros exemplos, o projeto otimizado pode ter componentes de uso duplo, como, o uso de uma embalagem de metal para duplicar, como um coletor de corrente. A partir de um ponto de vista de volume e espessura relativo, esses elementos podem ser aproximadamente todos de mesmo volume, exceto o cátodo. Em alguns exemplos, o sistema ele-troquímico pode exigir cerca de duas (2) a dez (10) vezes o volume do cátodo como ânodo devido às diferenças significantes na densidade mecânica, energia de densidade, eficiência de descarga, pureza do material e presença de aglutinantes, enchedores e agentes condutores. Nesses exemplos, a escala relativa dos vários componentes pode ser aproximada nas seguintes espessuras dos elementos: coletor de corrente de ânodo = 1 pm; coletor de corrente do cátodo = 1 pm; ele-trólito = líquido intersticial (efetivamente 0 pm); Separador = tão delgado ou espesso quanto desejado onde a espessura máxima planejada seja de aproximadamente 15 pm; ânodo = 5 pm; e o cátodo = 50 pm; Para estes exemplos de elementos da embalagem necessários para proporcionar proteção suficiente para manter a química da batería em ambientes de utilização, eles podem ter uma espessura máxima prevista de aproximadamente 50 pm. [00160] Em alguns exemplos, os quais podem ser fundamentalmente diferentes de grandes construtos prismáticos, como formas cilíndricas ou retangulares, e que podem ser diferentes do construto de estado sólido baseado na pastilha, tais exemplos podem assumir uma construto do tipo "bolsa", usando teias ou folhas fabricadas em várias configurações, com elementos da batería arrumados no interior. A restrição pode ter dois filmes ou um filme dobrado sobre o outro lado, cujas configurações podem formar aproximadamente duas superfícies, que podem ser, então, seladas no perímetro para formar um recipiente. Esse fator de forma fina mas ampla pode tornar os próprios elementos de bateria finos e amplos. Ademais, esses exemplos podem ser adequados para a aplicação através de revestimento, impressão por gravura, impressão serigráfica, bombardeamento iônico, ou outra tecnologia de fabricação semelhante. [00161] Podem haver numerosas disposições dos componentes internos, como o ânodo, separador e cátodo, nesses exemplos de bateria "similares a pequenas bolsas" com fator de forma fino mas amplo. Dentro da região envolvida formada por dois filmes, esses elementos básicos pode ser "co-planares" isto é lado a lado no mesmo plano ou "co-faciais" que pode ser face a face em planos opostos. Na disposição coplana, o ânodo, separador, e cátodo podem ser depositados na mesma superfície. Para a disposição cofacial, o ânodo pode ser depositado sobre a superfície-1, o cátodo pode ser depositado sobre a su-perfície-2, e o separador pode ser colocado entre as duas, depositado sobre um dos lados, ou inserido como seu próprio elemento separado. [00162] Outro tipo de exemplo pode ser classificado como montagem laminada, que pode envolver o uso de filmes, em uma forma de manta ou lâmina, para compor uma batería camada por camada. As lâminas podem ser ligadas entre si com o uso de adesivos, como adesivos sensíveis à pressão, adesivos termicamente ativados, ou adesivos à base de reação química. Em alguns exemplos as lâminas podem ser ligadas por técnica de soldagem como soldagem térmica, solda-gem ultrassônica e similares. As lâminas podem prestar-se a práticas industriais padrão como montagem de rolo a rolo (R2R), ou lâmina a lâmina. Conforme indicado anteriormente, um volume interior para o cátodo pode precisar ser substancialmente maior do que os outros elementos ativos na batería. Grande parte de um construto de batería pode precisar criar o espaço desse material de cátodo, e suportar o mesmo a partir da migração durante a flexão da batería. Outra porção do construto de bateria que pode consumir porções significativas da estimativa de espessura pode ser o material separador. Em alguns exemplos, uma forma de lâmina do separador pode criar uma solução vantajosa para o processamento de laminado. Em outros exemplos, o separador pode ser formado dispensando-se material de hidrogel no interior de uma camada para agir como o separador. [00163] Nesses exemplos de montagem de bateria de laminado, o produto formador pode ter uma lâmina de ânodo, que pode ser uma combinação de uma camada de embalagem e um coletor de corrente do ânodo, bem como substrato para a camada de ânodo. O produto formador também pode ter uma lâmina espaçadora de separador opcional, uma lâmina espaçadora de cátodo, e uma lâmina de cátodo. A lâmina catódica pode ser uma combinação de uma camada de embalagem e uma camada do coletor de corrente de cátodo. [00164] O contato íntimo entre os eletrodos e os coletores de corrente é de importância crítica para reduzir a impedância e aumentar a capacidade de descarga. Se as porções do eletrodo não estiverem em contato com o coletor de corrente, a resistência pode aumentar, visto que a condutividade é, então, através do eletrodo (tipicamente menos condutivo que o coletor de corrente), ou uma porção do eletrodo pode se tornar totalmente desconectada. Nas baterias em forma de moeda e cilíndricas, a intimidade é realizada com força mecânica para frisar a lata, colar em uma lata ou através de meios similares. Lavadores de onda ou molas similares são utilizadas em células comerciais para manter a força dentro da batería; entretanto, estes podem aumentar a espessura geral de uma bateria miniatura. Em baterias de emplastro típicas, um separador pode ser saturado em eletrólito, colocado através dos eletrodos, e pressionado pela embalagem externa. Em uma bateria cofacial laminar existem vários métodos para aumentar a intimidade de eletrodo. O ânodo pode ser galvanizado diretamente no coletor de corrente em vez de usar uma pasta. Esse processo resulta inerentemente em um nível alto de intimidade e condutividade. O cátodo, entretanto, é tipicamente uma pasta. Embora o material aglutinante presente na pasta catódica possa fornecer a adesão e a coesão, pode ser necessária uma pressão mecânica para assegurar que a pasta catódica se mantenha em contato com o coletor de corrente catódica. Isto pode ser especialmente importante quando a embalagem é dobrada e as idades e descargas da bateria, por exemplo, como umidade do pacote de folhas através das vedações finas e pequenas. A compressão do cátodo pode ser atingida na bateria laminar, cofacial por meio da introdução de um separador e/ou eietrólito compatível entre o ânodo e cátodo. Um eietrólito em gel ou separador de hidrogel, por exemplo, podem se comprimir na montagem e não simplesmente escorrer para fora da bateria, como um eietrólito líquido pode. Uma vez que a bateria é selada, o eietrólito e/ou o separador podem, então, empurrar de volta contra o cátodo. Uma etapa de gofragem pode ser realizada após a montagem da pilha laminar, introduzindo a compressão na pilha.
Aspectos de biocompatibilidade de baterias [00165] De acordo com a presente invenção as baterias podem ter importantes aspectos relacionados com segurança e biocompatibilidade. Em alguns exemplos, as baterias para dispositivos biomédicos podem precisar cumprir as exigências acima, e além das mesmas para cenários típicos de uso. Em alguns exemplos, os aspectos de projeto podem ser considerados relacionados a eventos estressantes. Por exemplo, a segurança de uma lente de contato eletrônica pode precisar ser considerada no evento de um usuário quebrar a lente durante a inserção ou remoção. Em outro exemplo, os aspectos de projeto podem considerar o potencial para um usuário ser atingido no olho por um objeto estranho. Ainda outros exemplos de condições de estresse que podem ser consideradas no desenvolvimento de restrições e parâmetros de projeto pode se referir ao potencial para um usuário utilizar a lente em ambientes desafiadores como o ambiente sob a água ou o ambiente em altitude alta em exemplos não limitadores. [00166] A segurança de tal dispositivo pode ser influenciada por: materiais com os quais o dispositivo foi formado, ou a partir dele; as quantidades destes materiais empregados na fabricação do dispositivo; e a embalagem aplicada para separar os dispositivos dos seus arredores dentro de ou sobre um ambiente de encapsulamento. Em um exemplo, os marca-passos podem ser um tipo típico de dispositivo bi- omédico que pode incluir uma batería e que pode ser implantado em um usuário por um período de tempo prolongado. Em alguns exemplos, tais marcapassos podem ser tipicamente embalados com invólucros herméticos de titânio, soldados ou em outros exemplos, múltiplas camadas de encapsulamento. Dispositivos biomédicos emergentes energizados podem apresentar novos desafios para a embalagem, especificamente a embalagem de bateria. Esses novos dispositivos podem ser muito menores do que os dispositivos biomédicos existentes, por exemplo, uma lente de contato eletrônica ou câmera de pílula podem ser significativamente menores do que um marca-passo. Nesses exemplos, o volume e área disponíveis para a embalagem podem ser bem reduzidos. Uma vantagem do volume limitado pode ser no fato que a quantidade de materiais e de químicos pode ser tão pequena que inerentemente limita o potencial de exposição de um usuário a um nível abaixo de um limite seguro. [00167] A abordagem de laminado baseado em cavidade pode fornecer meios para aprimorar a biocompatibilidade. Cada das cavidades pode ser circundada por material laminado que confere uma superfície relativamente larga de vedação a uma razão de volume de bateria. Adicionalmente, no evento de qualquer falha de uma vedação ou do material circundante da cavidade, o volume do material da bateria que poderia sair da bateria seria limitado a aquela porção em uma única cavidade. As baterias podem ser então adicionalmente seladas em aspectos de encapsulamento adicionais, como bolsos de materiais ve-dantes, revestimentos de materiais vedantes e diferentes meios de formação das várias vedações como laser e termovedação. [00168] Com relação às Figuras 12A a 12C, um exemplo de uma célula de bateria modificada baseada em cavidade é mostrada com aspectos exemplificadores de vedação/difusão. Começando com a Figura 12A, uma vista superior de um elemento de energização biocom- patível exemplificador com encapsulamento é ilustrado. Um envelope com capacidade de vedação 1201 pode encapsular o elemento de energização que contém pelo menos um coletor de corrente de ânodo 1202 com ânodo, um coletor de corrente de cátodo 1204 com cátodo e adesivos/vedantes internos 1208. O envelope com capacidade de vedação 1201 pode compreender cargas de polímero capazes de vedação, como polipropileno. Os adesivos/selantes internos 1208 podem compreender adesivos sensíveis à pressão como poli-isobutileno. [00169] Poli-isobutileno (PIB) é um material comercialmente disponível que pode ser formulado em composições de PSA que satisfazem muitos, se não todos, os requisitos desejáveis. Adicionalmente, o PIB pode ser uma excelente barreira vedante com absorbância de água muito baixa e permeabilidade de oxigênio baixa. Um exemplo de PIB útil nos exemplos da presente invenção pode ser Oppanol® B15 pela BASF Corporation. [00170] Seguindo, a Figura 12B ilustra uma vista exemplificadora de baixo para cima de um elemento de energização biocompatível com encapsulamento. A Figura 12B ilustra a capacidade do envelope plástico com capacidade de vedação 1201 de ser selado em diferentes locais de vedação exemplificadores 1206. Em alguns exemplos, as vedações podem ser formadas por um processo de soldagem que pode envolver processamento por calor, a laser, solvente, atrito, ultrassônico ou de arco. Em outros exemplos, as vedações podem ser formadas através do uso de vedantes adesivos, como colas, epóxis, acrílicos, borracha natural e borracha sintética. Outros exemplos podem derivar da utilização de material do tipo guarnição, que pode ser formado a partir de cortiça, borracha natural e sintética, politetrafluoroetileno (PTFE), polipropileno e silicones, para mencionar alguns exemplos não limitadores. [00171] A Figura 12C ilustra uma vista exemplificadora de borda alongada de um elemento de energização biocompatível com encap-sulamento contendo um coletor de corrente de ânodo 1202 com âno-do, um coletor de corrente de cátodo 1204 com cátodo, mistura 1212, um separador 1210, adesivo/vedante 1208 e locais exemplificadores de vedação 1206. Após tratar o envelope com capacidade de vedação 1201 o envelope pode abrigar os componentes do elemento de energização biocompatível do topo e do inferior; entretanto, as extremidades contendo o coletor de corrente de ânodo 1202 e o coletor de corrente de cátodo 1204 podem ainda serem sujeitos a vazamentos. Assim, a adição de locais de vedação 1206 pode ser necessária. Os locais de vedação do coletor de corrente podem ser vedados por diversos métodos de vedação, incluindo, por exemplo, o uso de solda, adesivos, laqueamento, epóxi, piche ou termocolagem dos PSAs. [00172] Estruturas de selagem bem projetadas e os materiais de vedação associados podem aprimorar a biocompatibilidade do dispositivo de energização, já que materiais podem ser mantidos em zonas que não interagem com superfícies biologicamente em contato. Adicionalmente, vedações bem formadas podem aprimorar a capacidade da bateria de receber forças de vários tipos e não irá se romper, expondo o conteúdo da cavidade ou cavidades de uma bateria. [00173] A composição de eletrólito e concentrações podem se relacionar à biocompatibilidade do elemento de energização. Em alguns exemplos, concentrações mais baixas do que as normais podem ser usadas para um dado ânodo e a química do cátodo pode resultar em biocompatibilidade aprimorada enquanto se mantém o bom desempenho da bateria. Por exemplo, uma composição de eletrólito que compreende aproximadamente 20% de ZnCI2 pode ser comum para células de bateria à base de zinco, uma concentração de 10% ou menos pode resultar em uma função de bateria que satisfaça as exigências enquanto simultaneamente aprimora a biocompatibilidade inerente do dispositivo da batería. [00174] Em um exemplo similar, a composição de eletrólito pode ser mudada para outras espécies iônicas que podem ter biocompatibi-lidade aprimorada. Em um exemplo, a solução de embalagem para lentes de contato pode ser usada como uma composição de eletrólito e ter características similares a um fluido lacrimal. Isso pode resultar em características operacionais aprimoradas para armazenamento da batería, bem como biocompatibilidade aprimorada. Em ainda outro exemplo adicional, as mudanças na composição de eletrólitos podem ser afetadas de modo que a composição de eletrólitos possa parecer a composição de biofluidos, que sejam aproximados do dispositivo bio-médico. No evento de uma ruptura, a entrada de tais composições de eletrólitos pode ter um efeito mais favorável esperado de biocompatibilidade do que outras composições. Em um exemplo, a composição do eletrólito pode parecer um fluido lacrimal. [00175] Em outro exemplo, sob algumas condições operacionais, uma bateria pode evoluir a espécies gasosas, durante o curso do seu uso. A escolha de materiais usados para formar a estrutura e encapsu-lamento do dispositivo da bateria pode aprimorar a biocompatibilidade permitindo que gases típicos evoluídos ao operar com a condição da bateria propaguem para fora da bateria, enquanto, de outro modo, retém os químicos dentro do dispositivo da bateria. [00176] Um tipo diferente de exemplo pode se referir à mudança de natureza dos químicos dos fluidos contidos no dispositivo da bateria. Em alguns exemplos, o eletrólito pode ser espessado por vários agentes espessantes ou por incorporação do eletrólito em materiais gelifi-cados. Fluidos espessados ou gelificados terão maior dificuldade para se propagar para fora do dispositivo da bateria, o que pode aprimorar os aspectos de biocompatibilidade do dispositivo. [00177] Muitos dos exemplos aqui apresentados foram discutidos com relação à biocompatibilidade dos dispositivos de bateria que foram formados, de acordo com os diversos modos descritos na presente invenção. Em níveis maiores, em alguns exemplos, estes dispositivos de bateria podem ser incorporados em dispositivos biomédicos como lentes oftálmicas, como discutido em referência à Figura 1B. A biocompatibilidade do dispositivo biomédico pode ser vista ambos em termos do impacto direto dos dispositivos de bateria, bem como a consistência do dispositivo de bateria em relação à biocompatibilidade do dispositivo biomédico. [00178] Nos exemplos das lentes de contato, o dispositivo de bateria pode ser conectado a um elemento eletroativo onde a bateria reside dentro de um inserto com o elemento eletroativo ou fora do inserto. O inserto, o elemento eletroativo e a bateria como um todo podem ser encapsulados com formulações de hidrogel adequadas para conferir biocompatibilidade ao dispositivo biomédico. Em alguns exemplos o hidrogel pode conter formulações que retém os aspectos umidificantes do hidrogel encapsulante. Assim, vários aspectos de biocompatibilidade relacionados ao cartucho que contém componentes são relevantes para a biocompatibilidade do dispositivo biomédico como um todo. Estes aspectos podem incluir permeabilidade de oxigênio, molhabilidade, compatibilidade química e permeabilidade de solução como poucos exemplos não limitadores. [00179] A bateria e o inserto podem interagir com aspectos umidificantes e, portanto, as estratégias para biocompatibilidade da bateria por si são muito relevantes para o dispositivo biomédico como um todo. Em alguns exemplos, imagina-se que vedações evitem a entrada e saída de materiais dentro do inserto e para dentro do dispositivo da bateria. Nestes exemplos, o projeto da camada encapsulante de hidrogel pode ser alterada para permitir a umidade e permeabilidade ao redor do inserto e do dispositivo da bateria, por exemplo. Em alguns outros exemplos, a evolução de gás pode permitir que algumas espécies de gás passem através dos dispositivos de bateria, através do en-capsulamento de hidrogel e para dentro do ambiente do dispositivo biomédico. As partes de um dispositivo biomédico, tanto para um dispositivo oftálmico ou para outros dispositivos que contenham fluidos e camadas de células de um usuário pode ser projetado para combinar com as camadas de interface do dispositivo biomédico com o ambiente biológico no qual o dispositivo biomédico será colocado. [00180] Outro modo de olhar para a biocompatibilidade do dispositivo biomédico pode se relacionar a aspectos de fatores de forma. O processo de laminação descrito na presente invenção pode ser usado para alguns exemplos onde os dispositivos de bateria resultantes são muito pequenos. Um modo de medir a biocompatibilidade pode se referir a manter o projeto de dispositivos de bateria resultantes para serem muito pequenos, finos, flexíveis e similares. Portanto, os dispositivos pequenos e finos podem apresentar um produto mais confortável e deste modo mais biocompatível, quando integrado ao dispositivo biomédico. Em alguns exemplos a espessura da estrutura laminar formada com o processamento laminar, incluindo o ânodo, cátodo, separador, eletrólitos, coletores de corrente e camadas laminadas pode ser menor do que um milímetro através de pelo menos uma dimensão. Em outros exemplos, a espessura da estrutura laminar com todos esses componentes pode ser menor do que 500 mícrons ao longo de pelo menos uma dimensão. Em ainda outros exemplos, a espessura da estrutura laminar com todos esses componentes pode ser menor do que 250 mícrons. Embora todos estes exemplos tenham sido descritos em conjunto com uma bateria estruturada de modo laminar, pode ser aparente que outras baterias estruturadas podem ser formadas que sejam consistentes com os aspectos de biocompatibilidade aprimorada como descrito. [00181] Em alguns exemplos, um material preferencial de encapsu-lamento que pode formar uma camada de encapsulamento em dispositivo biomédico pode incluir um componente contendo silicone. Em um exemplo, essa camada de encapsulamento pode formar um contorno de lente de uma lente de contato. Um componente contendo silicone é um que contém ao menos um componente de [-Si-O-] em um monômero, macrômero ou pré-polímero. De preferência, o Si total e o Si ligado a O estão presentes no componente contendo silicone em uma quantidade maior que cerca de 20 por cento, em peso, e com mais preferência maior que 30 por cento, em peso do peso molecular total, do componente contendo silicone. Componentes úteis que contêm silicone compreendem, de preferência, grupos funcionais polimeri-záveis, como acrilato, metacrilato, acrilamida, metacrilamida, vinila, N-vinilactama, N-vinilamida e grupos funcionais de estirila. [00182] Em alguns exemplos, a aba da lente oftálmica, também chamada de camada de encapsulação do inserto, que circunda o in-serto pode compreender formulações de lentes oftálmicas com hidro-gel padrão. Materiais exemplificadores com características que podem fornecer uma semelhança aceitável a vários materiais do elemento de inserção podem incluir, por exemplo, a família Narafilcon (inclusive Na-rafilcon A e Narafilcon B) e a família Etafilcon (inclusive Etafilcon A). Uma discussão mais inclusiva tecnicamente segue a natureza dos materiais consistentes com a técnica da presente invenção. O versado na técnica com habilidade ordinária pode reconhecer que outro material, que não aqueles discutidos, pode também formar um invólucro aceitável ou invólucro parcial dos elementos de inserção vedados e encap-sulados e deve ser considerado consistente e incluído no escopo das reivindicações.
[00183] Componentes contendo silicone adequados incluem os compostos de fórmula I onde [00184] R1 é independentemente selecionado dentre grupos mono-valentes reativos, grupos alquila monovalentes, ou grupos arila mono-vaientes, qualquer um dos anteriores, que podem compreender adici-onaimente funcionalidades selecionadas a partir de hidroxila, amino, oxa, carboxila, alquilcarboxila, alcoxila, amida, carbamato, carbonato, halogênio ou as suas combinações; e cadeias de siloxano monovalen-te compreendendo 1 a 100 unidades de repetição de Si-O, que podem compreender adicionalmente funcionalidades selecionadas a partir de alquila, hidroxila, amino, oxa, carboxila, alquilcarboxila, alcoxila, amida, carbamato, halogênio ou as suas combinações; [00185] onde b = 0 a 500, e entende-se que quando b é diferente de 0, b é uma distribuição que tem um modo igual a um valor estabelecido; [00186] em que pelo menos um R1 compreende um grupo reativo monovalente, e em alguns exemplos entre um e 3 R1 compreendem grupos reativos monovalentes. [00187] Como usado aqui "grupos reativos monovalentes" são gru- pos que podem passar por polimerização por radicais livres e/ou poli-merização catiônica. Alguns exemplos não limitadores de grupos reativos de radical livre incluem (met)acrilatos, estirilas, vinilas, éteres de vinila, C1-6alquil(met)acrilatos, (met)acrilamidas, C1-6alquil(met)acrilamidas, N-vinilactamas, N-vinilamidas, C2-12alquenilas, C2-12alquenilfenilas, C2-12alquenilnaftilas, C2-6alquenilfenil C1-6alquilas, O-vinilcarbamatos e O-vinilcarbonatos. Exemplos não limitadores de grupos reativos catiônicos incluem éteres vinílicos ou grupos epóxido e misturas dos mesmos. Em uma modali- dade, os grupos reativos de radical livre compreendem (met)acrilato, acriloxi, (met)acrilamida, e misturas dos mesmos. [00188] Grupos alquila e arila monovalentes adequados incluem grupos C1 a C16alquila monovalentes não substituídos, grupos C6-C14 arila, como metila, etila, propila, butila, 2-hidróxi-propila, propoxi-propila, polietilenoxipropila substituídos e não substituídos, combinações dos mesmos e similares. [00189] Em um exemplo, b é zero, um R1 é um grupo reativo mo-novalente, e pelo menos 3 R1 são selecionados a partir de grupos alquila monovalentes que têm um a 16 átomos de carbono, e, em outro exemplo, a partir de grupos alquila monovalentes que têm um a 6 átomos de carbono. Exemplos não limitadores de componentes de silicone dessa modalidade incluem 2-metil-,2-hidróxi-3-[3-[1,3,3,3-tetrametil-1-[(trimetilsilil)óxi]disiloxanil]propóxi]propila ester ("SiGMA"), [00190] 2-hidróxi-3-metacriloxipropiloxipropil-tris (trimetilsilóxi)silano, [00191] 3-metacriloxipropiltris(trimetilsilóxi)siiano ("TRIS"), [00192] 3-metacriloxipropilbis(trimetilsilóxi)metilsilano e [00193] 3-metacriloxipropilpentametildissiloxano. [00194] Em um outro exemplo, b é 2 a 20, 3 a 15 ou em alguns exemplos 3 a 10; pelo menos um R1 terminal compreende um grupo reativo monovalente e os R1 restantes são selecionados dentre grupos alquila monovalentes com 1 a 16 átomos de carbono e, em outra modalidade, dentre grupos alquila monovalentes com 1 a 6 átomos de carbono. Em ainda outra modalidade, b é 3 a 15, um R1 terminal compreende um grupo reativo monovalente, o outro R1 terminal compreende um grupo alquila monovalente que tem 1 a 6 átomos de carbono e os R1 restantes compreendem grupos alquila monovalentes que têm 1 a 3 átomos de carbono. Alguns exemplos não limitadores de componentes de silicone desta modalidade incluem polidimetilsiloxano terminado em éter (mono-(2-hidróxi-3-metacriloxipropil)-propílico (peso mo- lecular de 400 a 1000)) ("OH-mPDMS"), polidimetilsiloxanos terminados mono-n-butila terminados em monometacriloxipropila (peso molecular de 800 a 1000), ("mPDMS"). [00195] Em um outro, exemplo, b é 5 a 400 ou de 10 a 300, ambos os R1 terminais compreendem grupos reativos monovalentes e os R1 restantes são selecionados independentemente a partir de grupos al-quila monovalentes que têm, 1 a 18 átomos de carbono, que podem ter ligações éter entre átomos de carbono e podem compreender, ainda, halogênio. [00196] Em um exemplo, onde uma lente de hidrogel de silicone é desejada, a lente da presente invenção será produzida a partir de uma mistura reativa que compreende pelo menos cerca de 20 e, de preferência, entre cerca de 20 e 70%, em peso, de componentes contendo silicone com base no peso total dos componentes monoméricos reativos a partir dos quais o polímero é feito. [00197] Em outra modalidade, um a quatro R1 compreendem um carbonato ou carbamato de vinila com a seguinte fórmula: Fórmula II em que: [00198] Y denota O-, S- ou NH-; [00199] R denota hidrogênio ou metila; d é 1, 2, 3 ou 4; e q é 0 ou 1. [00200] Os monômeros de carbonato de vinila, ou de carbamato de vinila, contendo silicone incluem especificamente: 1,3-bis[4- (viniloxicarbonilóxi)but-1-il]tetrametil-disiloxano; 3- (viniloxicarboniltio)propila[tris(trimetilsilóxi)silano]; 3-[tri s(tri meti I siló-xi)silil] propil alil carbamato; 3-[tris(trimetil silóxi)silii] propil vinil carbamato; vinilcarbonato de trimetilsililetila; vinilcarbonato de trimetilsililme-tila, e [00201] Onde sejam desejados dispositivos biomédicos com um módulo abaixo de cerca de 200, apenas um R1 deve compreender um grupo reativo monovalente e não mais que dois dos grupos R1 restantes compreenderão grupos siloxano monovaientes. [00202] Outra classe de componentes contendo silicone inclui ma-crômeros de poliuretano com as seguintes fórmulas: Fórmula IV-VI (*D*A*D*G)a *D*D*E1; E(*D*G*D*A)a *D*G*D*E1 ou; E(*D*A*D*G)a *D*A*D*E1 em que: [00203] D denota um dirradical alquila, um dirradical alquilcicioalqui-la, um dirradical cicloalquila, um dirradical arila ou um dirradical alquila-rila que tem 6 a 30 átomos de carbono, [00204] G denota um dirradical alquila, um dirradical cicloalquila, um dirradical alquilcicloalquila, um dirradical arila ou um dirradical alquilari-la que tem 1 a 40 átomos de carbono e que pode conter ligações éter, tio ou amina na cadeia principal; [00205] * denota uma ligação uretano ou ureído; [00206] a é pelo menos 1;
[00207] "A" denota um radical polimérico divalente de fórmula: Fórmula VII [00208] R11 denota independentemente um grupo alquila ou alquila fluoro-substituída que tem 1 a 10 átomos de carbono, que pode conter ligações éter entre os átomos de carbono; y é pelo menos 1; e p fornece um peso da porção de 400 a 10.000; cada um de E e E1 denota, independentemente, um radical orgânico insaturado polimerizável representado pela Fórmula: Fórmula VIII em que: [00209] R12 é hidrogênio ou metila; R13 é hidrogênio, um radical alquila que tem 1 a 6 átomos de carbono, ou um radical —CO—Y— R15 em que Y é —O—,Y—S— ou —NH—; R14 é um radical divalente que tem 1 a 12 átomos de carbono; X denota —CO— ou —OCO—; Z denota —O— ou —NH—; Ar denota um radical aromático que tem 6 a 30 átomos de carbono; Wéde0a6;xé0ou1;yé0ou1;ezé0ou 1. [00210] Um componente preferencial que contém silicone é um ma-crômero de poliuretano, representado pela seguinte fórmula: Fórmula IX [00211] em que R16 é um dirradical de um di-isocianato após remoção do grupo isocianato, como o dirradical de diisocianato de isofo-rona. Outro macrômero que contém silicone adequado é o composto de fórmula X (no qual x + y é um número na faixa de 10 a 30) formado pela reação de fluoréter, polidimetil siloxano terminado em hidróxi, diisocianato de isoforona e isocianatoetilmetacrilato.
Fórmula X [00212] Outros componentes contendo silicone adequados para uso na presente invenção incluem macrômeros que contêm grupos polis-siloxano, éter de polialquileno, di-isocianato, hidrocarbonetos polifluo-rados, éter polifluorado e polissacáridos; polissiloxanos com um grupo lateral ou um enxerto de fluorado polar que tem um átomo de hidrogênio ligado a um átomo de carbono substituído-diflúor terminal; metacri-latos de siloxanila hidrofílicos contendo ligações éter e siloxanila e mo-nômeros reticulantes que contêm grupos poliéter e polissiloxanila. Em alguns exemplos, a base de polímero pode ter zwitterions incorporados nesta. Estes zwitterions podem exibir cargas de ambas polaridades ao longo da cadeia de polímeros quando o material está na presença de um solvente. A presença dos zwitterions pode aprimorar a molhabilidade do material polimerizado. Em alguns exemplos, qualquer um dos polissiloxanos anteriormente mencionados pode também ser usado como uma camada encapsulante na presente invenção. [00213] As baterias biocompatíveis podem ser usadas em dispositivos biocompatíveis como, por exemplo, dispositivos eletrônicos im-plantáveis, como marcapassos e coletores de microenergia, pílulas eletrônicas para monitorar e/ou testar uma função biológica, dispositivos cirúrgicos com componentes ativos, dispositivos oftálmicos, bombas microdimensionadas, desfibriladores, stents, e similares. [00214] Os exemplos específicos foram descritos para ilustrar as modalidades da amostra para a mistura de cátodo para uso em baterias biocompatíveis. Esses exemplos têm o propósito de ilustrar e não se destinam a limitar o escopo das reivindicações de qualquer maneira. Consequentemente, a descrição tem como intenção englobar todos os exemplos que podem ser evidentes aos versados na técnica.

Claims (20)

1. Dispositivo biomédico, caracterizado pelo fato de que compreende: um componente eletroativo; uma bateria biocompatível, em que a batería biocompatível compreende: um primeiro e um segundo coletores de corrente; um cátodo; um ânodo; e uma estrutura laminar, em que pelo menos uma camada da estrutura laminar tem um volume removido para formar uma cavidade, em que a cavidade contém uma solução eletrolítica, um separador e o cátodo; e em que a biocompatibilidade do dispositivo biomédico é aprimorada pela formulação de uma composição da solução de eletró-lito para aproximar-se à composição de biofluidos em contato com o dispositivo biomédico.
2. Dispositivo biomédico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição da solução de eletrólito se aproxima de uma composição de fluido lacrimal.
3. Dispositivo biomédico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma espessura da bateria biocompatível é menor do que 1 mm pelo menos ao longo de uma primeira dimensão de uma extensão da bateria biocompatível.
4. Dispositivo biomédico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma espessura da bateria biocompatível é menor do que 500 mícrons pelo menos ao longo de uma primeira dimensão de uma extensão da bateria biocompatível.
5. Dispositivo biomédico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma espessura da bateria biocompatí- vel é menor que 250 mícrons pelo menos ao longo de uma primeira dimensão de uma extensão da batería biocompatível.
6. Dispositivo biomédico, caracterizado pelo fato de que compreende: um componente eletroativo; uma bateria biocompatível, em que a batería biocompatível compreende: um primeiro e um segundo coletores de corrente; um cátodo; um ânodo; e uma estrutura laminar, em que pelo menos uma camada da estrutura laminar tem um volume removido para formar uma cavidade, em que a cavidade contém uma solução eletrolítica, um separador e o cátodo; e em que a biocompatibilidade da bateria biocompatível é aprimorada pela formulação de uma composição da solução de eletró-lito para compreender um sal de zinco a menos que ou aproximadamente igual a 10%, em peso.
7. Dispositivo biomédico, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a bateria biocompatível compreende adicionalmente: um encapsulamento selado da estrutura laminar onde o en-capsulamento selado melhora a biocompatibilidade do dispositivo biomédico ao diminuir uma efusão do eletrólito em um ambiente externo.
8. Dispositivo biomédico, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a bateria biocompatível compreende adicionalmente: um encapsulamento selado da estrutura laminar, onde o encapsulamento selado melhora a biocompatibilidade do dispositivo biomédico ao diminuir uma efusão de água em um ambiente interno da batería biocompatível.
9. Dispositivo biomédico, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende: uma camada encapsulante de hidrogel.
10. Dispositivo biomédico, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a camada de encapsulamento compreende o hidrogel, que compreende zwitterions.
11. Método para aprimorar a biocompatibilidade em uma batería, caracterizado pelo fato de que compreende: preparar uma solução de eletrólito; sendo que a solução de eletrólito compreende um sal de zinco e uma concentração menor que ou aproximadamente igual a 10%, em peso; obter uma camada de uma estrutura laminar; cortar um volume da camada da estrutura laminar, em que a remoção do volume da camada da estrutura laminar forma pelo menos uma porção de uma cavidade; e adicionar a solução de eletrólito, um separador, um ânodo, um coletor de corrente de ânodo, um cátodo, e um coletor de corrente de cátodo, para formar uma batería biocompatível.
12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a formação de uma vedação de uma camada de envelope na estrutura laminar.
13. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente, a formação de uma vedação de uma primeira camada de envelope a uma segunda camada de envelope.
14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que uma espessura total da bateria biocompatível é menor que 500 mícrons.
15. Método para aprimorar a biocompatibilidade em uma lente de contato, caracterizado pelo fato de que compreende: preparar uma solução de eletrólito; sendo que a solução de eletrólito compreende uma solução para embalagem de lente de contato; obter uma camada de uma estrutura laminar; cortar um volume da camada da estrutura laminar, em que a remoção do volume da camada da estrutura laminar forma pelo menos uma primeira porção de uma cavidade; adicionar a solução de eletrólito, um separador, um ânodo, um coletor de corrente de ânodo, um cátodo, e um coletor de corrente de cátodo, para formar a estrutura laminar. formar uma vedação de uma primeira camada de envelope a uma segunda camada de envelope, onde a primeira camada de envelope e a segunda camada de envelope circundam pelo menos uma segunda porção da estrutura laminar; conectar o coletor de corrente de ânodo a um dispositivo eletroativo; conectar o coletor de corrente de cátodo ao dispositivo eletroativo; e encapsular a estrutura laminar e o dispositivo eletroativo em um hidrogel para formar um dispositivo oftálmico.
16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que uma espessura total da estrutura laminar é menor que 500 mícrons.
17. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o hidrogel incorpora zwiterrions.
18. Método para aprimorar a biocompatibilidade em uma lente de contato, caracterizado pelo fato de que compreende: preparar uma solução de eletrólito; obter uma camada de uma estrutura laminar; cortar um volume da camada da estrutura laminar, em que a remoção do volume da camada da estrutura laminar forma pelo menos uma primeira porção de uma cavidade; adicionar a solução de eletrólito, um separador, um ânodo, um coletor de corrente de ânodo, um cátodo, e um coletor de corrente de cátodo, para formar a estrutura laminar. formar uma vedação de uma primeira camada de envelope a uma segunda camada de envelope, onde a primeira camada de envelope e a segunda camada de envelope circundam pelo menos uma segunda porção da estrutura laminar; conectar o coletor de corrente de ânodo a um dispositivo eletroativo; conectar o coletor de corrente de cátodo ao dispositivo eletroativo; e encapsular a estrutura laminar e o dispositivo eletroativo em um hidrogel para formar um dispositivo oftálmico.
19. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que uma espessura total da estrutura laminar é menor que 500 mícrons.
20. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que o hidrogel incorpora zwiterrions.
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