BR102015020104A2

BR102015020104A2 - métodos de formação de elementos de energização biocompatíveis e recarregáveis para dispositivos biomédicos

Info

Publication number: BR102015020104A2
Application number: BR102015020104A
Authority: BR
Inventors: Adam Toner; Daniel B Otts; Frederick A Flitsch; James Daniel Riall; Randall B Pugh; Shivkumar Mahadevan
Original assignee: Johnson & Johnson Vision Care
Priority date: 2014-08-21
Filing date: 2015-08-20
Publication date: 2016-04-19
Also published as: CA2900480A1; KR20160023596A; CN105428690A; RU2015134856A3; US20160056498A1; US10381687B2; EP2996186A2; EP2996186A3; TW201614904A; SG10201506552RA; CA2900480C; EP2996186B1; JP2016046253A; AU2015215824A1; RU2675797C2; RU2015134856A; HK1221555A1

Abstract

resumo "métodos de formação de elementos de energização biocompatíveis e recarregáveis para dispositivos biomédicos". métodos e aparelhos para formar elementos de energização biocompatíveis são descritos. em algumas modalidades, os métodos e aparelhos que formam os elementos de energização biocompatíveis envolvem a formação de cavidades que compreendem a química do catodo ativo. os elementos ativos do catodo e do anodo são selados com uma pilha laminada de material biocompatível. em algumas modalidades, um campo de uso para os métodos e aparelhos pode incluir qualquer dispositivo biocompatível ou um produto que requeira elementos de energização.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODOS DE FORMAÇÃO DE ELEMENTOS DE ENERGIZAÇÃO BIOCOMPATÍVEIS E RECARREGÁVEIS PARA DISPOSITIVOS BIOMÉDICOS".

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS DE RELACIONADOS

[0001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido Provisório n° 62/040178, dos Estados Unidos, depositado em 21 de agosto de 2014. ANTECEDENTES DA INVENÇÃO 1. Campo da invenção [0002] Métodos e aparelhos para formar elementos de energização biocompatíveis são descritos aqui. Em algumas modalidades, os métodos e aparelhos para formar os elementos de energização biocompatíveis envolvem a formação de um elemento separador no elemento de energização. Os elementos ativos, incluindo anodos, catodos e eletrólitos, podem ser eletroquimicamente ligados e podem interagir com os elementos separadores formados. Os elementos ativos podem ser configurados de tal maneira que a batería possa ser descarregada e carregada em múltiplas etapas ou ciclos de uso. Em algumas modalidades, um campo de uso para os métodos e aparelhos pode incluir qualquer dispositivo biocompatível ou um produto que requeira elementos de energização. 2. Discussão da técnica relacionada [0003] Recentemente, o número de dispositivos médicos e suas funcionalidades começou a se desenvolver rapidamente. Esses dispositivos médicos podem incluir, por exemplo, marca-passos implantáveis, pílulas eletrônicas para monitorar e/ou testar uma função biológica, dispositivos cirúrgicos com componentes ativos, lentes de contato, bombas de infusão e neuroestimulantes. A funcionalidade agregada e um aumento no desempenho de muitos dos dispositivos médicos supracitados foram teorizados e desenvolvidos. Entretanto, para alcançar a funcionalidade adicionada teorizada, muitos desses dispositivos agora exigem meios de energização próprios que sejam compatíveis com as exigências de tamanho e formato desses dispositivos, assim como as exigências dos novos componentes energizados.

[0004] Alguns dispositivos médicos podem incluir componentes tais como dispositivos semicondutores, que executam uma variedade de funções e podem ser incorporados em diversos dispositivos biocompatíveis e/ou implantáveis. No entanto, esses componentes de semicondutores necessitam de energia e, assim, os elementos de energização também devem preferencialmente ser incluídos em tais dispositivos biocompatíveis. A topologia e o tamanho relativamente pequeno dos dispositivos biocompatíveis criam ambientes inovadores e desafiadores para a definição de várias funcionalidades. Em muitas modalidades, é importante fornecer meios seguros, confiáveis, compactos e de baixo custo para energizar os componentes semicondutores no interior dos dispositivos biocompatíveis. Portanto, existe a necessidade de novas modalidades de formação de elementos de energização biocompatíveis para implantação dentro ou sobre os dispositivos biocompatíveis, onde a estrutura dos elementos da batería proporciona um confinamento melhorado para os componentes químicos dos elementos de energização, bem como melhor controle sobre a quantidade de componentes químicos contidos no elemento de energização.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0005] Consequentemente, métodos e aparelhos para formação de elementos de energização biocompatíveis são revelados, proporcionando vantagens de fabricação ao mesmo tempo em que criam as estruturas que podem conter significativamente a química da batería. Da mesma forma, o projeto estrutural também pode proporcionar o controle inerente das quantidades dos elementos de energização encontrados dentro dos elementos da batería.

[0006] Um aspecto geral inclui um elemento de energização biocompatível que pode também incluir uma camada com vão espaçador. O elemento de energização biocompatível também pode incluir, pelo menos, um primeiro furo localizado na camada com vão espaçador. O elemento de energização biocompatível também pode incluir uma camada de espaçador do catodo, em que a camada de espaçador do catodo está fixada à camada com vão espaçador. O elemento de energização biocompatível também pode incluir, pelo menos, um segundo furo na camada de espaçador do catodo, em que o segundo furo esteja alinhado ao primeiro furo, e o segundo furo seja menor que o primeiro, para que, quando os primeiro e segundo furos estejam alinhados, exista uma borda da camada de espaçador do catodo exposta no primeiro furo. O elemento de energização biocompatível também pode incluir uma camada de separação, em que a camada de separação está dentro do primeiro furo na camada com vão espaçador e está colada à borda da camada de espaçador do catodo. O elemento de energização biocompatível também pode incluir uma cavidade entre os lados do segundo furo e a primeira superfície da camada de separação, na qual a cavidade deve ser preenchida com produtos químicos de catodo. O elemento de energização biocompatível também pode incluir um primeiro coletor de corrente localizado na camada com produtos químicos de anodo. O elemento de energização biocompatível também pode incluir um segundo coletor de corrente, no qual o segundo coletor de corrente deve estar conectado eletricamente com os produtos químicos de catodo. O elemento de energização biocompatível também pode incluir um eletrólito, incluindo produtos químicos de eletrólitos.

[0007] As implementações podem incluir o elemento de energização biocompatível, no qual os produtos químicos do catodo, os produtos químicos do anodo e os produtos químicos dos eletrólitos são consistentes com múltiplos ciclos de carga e descarga da energização. O elemento de energização biocompatível também pode incluir exemplos em que os produtos químicos de catodo incluem um sal de lítio. O elemento de energização biocompatível pode incluir fosfato de ferro-lítio. O elemento de energização biocompatível também pode incluir átomos de metal intercalados. O elemento de energização biocompatível também pode incluir átomos de lítio intercalados ou átomos de sódio intercalados. O elemento de energização biocompatível também pode incluir um ou mais destes itens: chumbo, níquel, lítio, cobalto, zinco, sódio, vanádio, prata ou silício. O elemento de energização biocompatível também pode incluir átomos de carboximetilcelulose de sódio. O elemento de energização biocompatível também pode incluir exemplos em que os produtos químicos de catodo incluem um ou mais grafites sintéticos e fuligens. O elemento de energização biocompatível também pode incluir exemplos em que os produtos químicos de catodo incluem uma ou mais borrachas de estireno-butadieno. O elemento de energização biocompatível pode também incluir hexafluorofosfato de lítio. O elemento de energização biocompatível pode também incluir exemplos em que o elemento de energização biocompatível esteja conectado eletricamente com um dispositivo biomédico. O elemento de energização biocompatível pode também incluir exemplos onde o dispositivo biomédico seja um dispositivo oftálmico. Em alguns exemplos, o dispositivo oftálmico pode ser uma lente de contato.

[0008] O elemento de energização biocompatível pode também incluir exemplos onde o eletrólito contém hexafluorofosfato de lítio. O elemento de energização biocompatível pode também incluir exemplos onde a mistura precursora do separador contém um ou mais de poli (fluoreto de vinilideno), poli (dimetilsiloxano), n-n dimetil acetamida). Exemplos adicionais podem também incluir glicerol. O elemento de energização biocompatível pode estar incluído dentro de um dispositivo biomédico.

[0009] Um aspecto geral inclui o elemento de energização biocompatível que pode ser incluído em um dispositivo oftálmico, em que o dispositivo oftálmico é uma lente de contato. O elemento de energização biocompatível também pode incluir um elemento de energização biocompatível que tem uma camada de espaçador do catodo, pelo menos um primeiro furo na camada de espaçador do catodo, um primeiro coletor de corrente revestido com produtos químicos de anodo, em que o primeiro coletor de corrente esteja conectado a uma primeira superfície da camada de espaçador do catodo, onde uma primeira cavidade é feita entre os lados do primeiro furo e uma primeira superfície do primeiro coletor de corrente revestido com produtos químicos de anodo; uma camada de separação, onde a camada de separação é formada dentro da primeira cavidade depois que uma mistura precursora de separação é dispensada dentro da cavidade; uma segunda cavidade entre os lados do primeiro furo e uma primeira superfície da camada de separação, em que a segunda cavidade é preenchida com produtos químicos de catodo, um segundo coletor de corrente, em que o segundo coletor de corrente está em conexão elétrica com os produtos químicos de catodo, e um eletrólito. As implementações podem incluir o elemento de energização biocompatível, no qual os produtos químicos de catodo, os produtos químicos de anodo e os produtos químicos de eletrólitos sejam consistentes com múltiplos ciclos de carga e descarga da energização.

[0010] Um aspecto geral inclui um método de formação de um elemento de energização biocompatível. O método inclui o recebimento de um filme do primeiro substrato de um primeiro material isolante. O método inclui o corte de uma cavidade no filme do primeiro substrato para formar uma camada de espaçador do catodo, na qual a borda da cavidade define uma parede lateral da cavidade. O método inclui a recepção de um filme de anodo, incluindo produtos químicos de anodo. O método inclui a aderência de uma primeira superfície da camada de espaçador do catodo em uma primeira superfície do filme do anodo. O método inclui a deposição de um separador no elemento de energização biocompatível através da cavidade na camada de espaçador do catodo, em que o separador inclui uma mistura de material polimerizável misturado com gotículas de material não polimerizável. O método inclui a polimerização do material polimerizável. O método inclui a imersão do filme de substrato com o separador depositado em um solvente, onde o solvente dissolve as gotículas de material não polimerizável e não dissolve o polímero, onde a dissolução de gotículas de material não polimerizável cria espaços vazios no separador. O método inclui a recepção de uma pasta fluida para catodo, incluindo produtos químicos de catodo, e colocação da pasta fluida para catodo dentro da cavidade da camada de espaçador do catodo, em que a parede lateral da cavidade na camada de espaçador do catodo e uma superfície do separador depositado tenham a pasta fluida para catodo. O método pode incluir ainda a adição de um eletrólito à pasta fluida para catodo no interior da cavidade. O método também pode incluir modalidades em que o eletrólito inclui hexafluorofosfato de lítio.

[0011] Em alguns exemplos, o método pode incluir ainda a conexão do elemento de energização biocompatível ao elemento eletroativo dentro do dispositivo biomédico. O método também pode incluir o método no qual o dispositivo biomédico é um dispositivo oftálmico. O método também pode incluir o método no qual o dispositivo biomédico é uma lente de contato.

[0012] Um aspecto geral inclui um método de formação de elemento de energização biocompatível, o método inclui o recebimento de um filme do primeiro substrato de um primeiro material isolante. O método também inclui o recebimento de um filme do segundo substrato de um segundo material isolante. O método também inclui o corte de uma primeira cavidade no filme do segundo substrato para formar uma camada com vão espaçador. O método também inclui o corte de uma segunda cavidade no filme do primeiro substrato para formar uma camada de espaçador do catodo, na qual a borda da segunda cavidade define uma parede lateral da cavidade. O método também inclui a laminação de uma primeira superfície da camada com vão espaçador até a primeira superfície da camada de espaçador do catodo. O método também inclui a colocação de um separador no elemento de energização biocompatível através da primeira cavidade. O método inclui a recepção de um filme de anodo, com produtos químicos de anodo, em que os produtos químicos do anodo incluem átomos de metal intercalados. O método também inclui a aderência de uma segunda superfície da camada com vão espaçador à primeira superfície do filme do anodo. O método também inclui a colocação de uma pasta fluida para catodo, incluindo produtos químicos de catodo. O método também inclui colocar a pasta fluida para catodo na segunda cavidade, em que a parede lateral da segunda cavidade e uma superfície do separador formem uma terceira cavidade para conter a pasta fluida para catodo.

[0013] O método pode, adicionalmente, incluir a recepção de um filme de contato do catodo e a aderência de uma segunda superfície da camada de espaçador do catodo em pelo menos uma parte da primeira superfície do filme de contato do catodo. O método pode incluir o recebimento de um filme da primeira embalagem, incluindo uma pilha de filme na qual a camada é uma barreira à umidade metálica, e aderência do filme da primeira embalagem a pelo menos uma parte do filme de contato do catodo. O método pode incluir, adicionalmente, aderência do elemento de energização biocompatível à parte de um dispositivo biomédico.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0014] As Figuras 1A a 1D ilustram aspectos exemplificadores dos elementos de energização biocompatíveis em concordância com o aspecto exemplificador de lentes de contato.

[0015] A Figura 2 ilustra o tamanho e forma exemplificadores das células individuais de um design de batería exemplificadora.

[0016] A Figura 3A ilustra o primeiro elemento de energização biocompatível independente com conexões de anodo e de catodo exemplificadoras.

[0017] A Figura 3B ilustra o segundo elemento de energização biocompatível independente com conexões de anodo e de catodo exemplificadoras.

[0018] As Figuras 4A a 4N ilustram os passos de métodos exemplificadores para a formação de elementos de energização biocompatíveis para dispositivos biomédicos.

[0019] A Figura 5 ilustra um elemento de energização biocompatível exemplificador completo.

[0020] As Figuras 6A a 6F ilustram passos dos métodos exemplificadores para a formação estrutural dos elementos de energização biocompatíveis.

[0021] As Figuras 7A a 7F ilustram passos de métodos exemplificadores da formação estrutural dos elementos de energização biocompatíveis com o método de gaivanoplastia alternada.

[0022] As Figuras 8A a 8H ilustram os passos de métodos exemplificadores para a formação de elementos de energização biocompatíveis com o separador de hidrogel para dispositivos biomédicos.

[0023] As Figuras 9A a C ilustram passos de métodos exemplificadores da formação estrutural dos elementos de energização biocompatíveis usando modalidades de processamento de separador alternativas.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0024] Métodos e aparelhos para formar elementos de energização biocompatíveis tridimensionais são revelados nesta aplicação. O elemento separador dentro dos elementos de energização pode ser formado com novos métodos e pode compreender materiais novos. Nas seções seguintes, descrições detalhadas de várias modalidades são descritas. A descrição de ambas as modalidades alternativas preferidas 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 elementos de energização biocompatíveis tridimensionais são projetados para uso em ou próximo ao corpo de um organismo vivo. Glossário [0025] Na descrição e nas modalidades abaixo, vários termos podem ser usados para os quais as seguintes definições se aplicarão: [0026] "Anodo", para uso na presente invenção, refere-se a um eletrodo através do qual flui corrente elétrica para o interior de um dispositivo elétrico polarizado. A direção da corrente elétrica é tipicamente oposta à direção do fluxo de elétrons. Em outras palavras, os elétrons fluem do anodo para, por exemplo, um circuito elétrico.

[0027] "Ligantes", para uso na presente invenção, refere-se a um polímero que é capaz de exibir respostas elásticas a deformações mecânicas e que seja quimicamente compatível com outros componentes de elemento de energização. Por exemplo, ligantes podem incluir materiais eletroativos, eletrólitos, polímeros etc.

[0028] "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.

[0029] "Catodo", para uso na presente invenção, refere-se a um eletrodo através do qual corrente elétrica flui para fora de um dispositivo elétrico polarizado. A direção da corrente elétrica é tipicamente oposta à direção do fluxo de elétrons. Portanto, os elétrons fluem para o interior do catodo do dispositivo elétrico polarizado e para fora, por exemplo, do circuito elétrico conectado.

[0030] "Revestimento", para uso na presente invenção, refere-se a um depósito de material em formas finas. Em alguns usos, o termo se referirá a um depósito fino que cobre substancialmente a superfície de um substrato sobre o qual está formado. Em outros usos mais especializados, o termo pode ser usado para descrever depósitos finos e pequenos em regiões menores da superfície.

[0031] "Eletrodo", conforme usado na presente invenção, pode se referir a uma massa ativa na fonte de energia. Por exemplo, pode incluir um ou ambos anodo e catodo.

[0032] "Energizado", para uso na presente invenção, refere-se ao estado de ser capaz de abastecer corrente elétrica ou ter energia elétrica armazenada em seu interior.

[0033] "Energia", para uso na presente invenção, refere-se à capacidade de um sistema físico de realizar trabalho. Muitos usos dos elementos de energização podem se referir à capacidade de executar ações elétricas.

[0034] "Fonte de energia" ou "elemento de energização" ou "dispositivo de energização", para uso na presente invenção, refere-se a qualquer dispositivo ou camada que seja capaz de fornecer energia ou colocar um dispositivo lógico ou elétrico em um estado energizado. Os elementos de energização podem incluir baterias. As baterias podem ser formadas por células do tipo alcalinas e podem ser baterias de estado sólido ou baterias de célula molhada.

[0035] "Cargas", conforme usadas no presente documento, referem-se a um ou mais separadores de elementos de energização que não reagem com qualquer um dentre eletrólitos ácidos ou alcalinos. Em geral, as cargas podem incluir substancialmente materiais insolúveis em água, como fuligem; poeira de hulha; grafite; óxidos metálicos e hidróxidos como aqueles de silício, alumínio, cálcio, magnésio, bário, titânio, ferro, zinco e estanho; carbonatos de metal, como aqueles de cálcio e magnésio; minerais como mica, montmorolonita, caulinita, atapulgita e talco; zeólitos sintéticos e naturais, como cimento Portland; silicatos metálicos precipitados, como silicato de cálcio; polímero oco ou sólido ou microesferas vítreas, flocos e fibras etc.

[0036] "Filme", tal como usado aqui, refere-se a uma fina camada de um material que pode agir como uma cobertura ou um revestimento. Em estruturas laminadas, o filme geralmente se aproxima de uma camada plana com uma superfície de topo e uma superfície de fundo, além de um corpo, no qual o corpo normalmente é muito mais fino do que a espessura da camada.

[0037] "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.

[0038] "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 preferidos incluem duas partes de molde que, quando opostas uma à outra, definem a estrutura de um objeto tridimensional.

[0039] "Potência", para uso na presente invenção, refere-se ao trabalho realizado pela energia transferida por uma unidade de tempo.

[0040] "Recarregável" ou "Re-energizável", para uso na presente invenção, refere-se a uma capacidade de ser restaurado a um estado com capacidade superior de realizar trabalho. Muitos usos podem se referir à capacidade de ser restaurado com a habilidade de fluir corrente elétrica a uma certa taxa por certos períodos de tempo restabelecidos.

[0041] "Re-energizar" ou "recarregar", para uso na presente invenção, refere-se à restauração a um estado com capacidade superior de realizar trabalho. Muitos usos podem se referir à restauração de um dispositivo a capacidade de fluxo de corrente elétrica a uma certa taxa por um determinado período de tempo restabelecido.

[0042] "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.

[0043] "Empilhado", para uso na presente invenção, significa colocar pelo menos duas camadas de componente em proximidade uma a outra de modo que pelo menos uma parte de uma superfície de uma das camadas entre em contato com uma primeira superfície de uma segunda camada. Em algumas modalidades, um revestimento, seja para a adesão ou outras funções, pode residir entre as duas camadas que estão em contato uma com a outra através do dito revestimento.

[0044] "Trilhos", para uso na presente invenção, refere-se a componentes de elemento de energização capazes de se conectar aos componentes de circuito. Por exemplo, trilhos de circuito podem incluir cobre ou ouro quando o substrato é uma placa de circuito impresso e normalmente podem ser de cobre, ouro ou um filme impresso em um circuito flexível. O coletor de corrente é um tipo especial de "Trilho". Coletores de corrente são trilhos com compatibilidade eletroquímica que fazem com que o coletor de corrente seja adequado para uso na condução de elétrons de/para um anodo ou catodo, na presença de eletrólitos.

[0045] Os métodos e o aparelho apresentados na presente invenção referem-se à formação de elementos de energização biocompatíveis para a inclusão em ou sobre dispositivos biocompatíveis tridimensionais. Uma classe particular de elementos de energização pode ser a de pilhas que são fabricadas em camadas. As camadas também podem ser classificadas como camadas laminadas. Uma batería formada desta maneira pode ser classificada como uma bateria laminar.

[0046] Pode haver outros exemplos de como montar e configurar baterias de acordo com a presente descrição e alguns podem ser descritos nas seções a seguir. No entanto, para muitos destes exemplos, há parâmetros e características selecionados das baterias que podem ser descritos por eles mesmos. Nas seções a seguir, serão focalizadas algumas características e parâmetros.

Construção de dispositivos biomédicos exemplificadores com elementos de energização biocompatíveis [0047] Um exemplo de um dispositivo biomédico que pode incorporar os Elementos de Energização, as baterias, nesta invenção podem ser lentes de contato de ajustamento focal eletroativo. Em referência à Figura 1A, um exemplo de uma tal inserção de lentes de contato pode ser ilustrado como inserção de lente de contato 100. Na inserção de lentes de contato 100, pode haver um elemento eletroativo 120 capaz de acomodar as alterações focais características em resposta ao controle de tensão. Um circuito 105 para fornecer os sinais de controle de tensão, bem como outras funções, como o controle de detecção do ambiente para sinais de controle externos pode ser energizado por um elemento da bateria 110 biocompatível. Como representado na Figura 1A, o elemento da bateria 110 pode ser encontrado como várias peças principais, neste caso três peças, e pode compreender as várias configurações de elementos químicos da bateria, conforme foi discutido. Os elementos da bateria 110 podem ter vários recursos de interconexão para unir peças, como foi mostrado subjacente à região de interconexão 114. Os elementos da 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 conectado elétrica e fisicamente ao substrato 111 e suas características de interconexão 125.

[0048] Com referência à Figura 1B, um relevo em seção transversal de uma lente de contato 150 pode conter a inserção da lente de contato 100 e seus constituintes aqui discutidos. A inserção da lente de contato 100 pode ser encapsulada em uma barra de hidrogel 155 de lente de contato, que pode encapsular a inserção e proporcionar uma interface confortável da lente de contato 150 para o olho de um usuário.

[0049] Em referência aos conceitos da presente descrição, os elementos da bateria podem ser formados em um modelo bidimensional, conforme ilustrado em outro exemplo da Figura 1C. Nesta descrição, pode haver duas regiões principais de células da bateria nas regiões do componente 165 da bateria e o segundo componente da bateria na região do elemento químico da bateria 160. O elemento plano pode se conectar a um elemento de circuito 163, que, no exemplo da Figura 1C, pode conter duas grandes áreas de circuito 167. O elemento de circuito 163 pode conectar-se ao elemento da batería em um contato eléctrico 161 e um contato físico 162. A estrutura plana pode ser dobrada para formar uma estrutura cônica tridimensional, como foi descrito na presente descrição. Nesse processo, um segundo contato elétrico 166 e um segundo contato físico 164 podem ser usados para conectar e estabilizar fisicamente a estrutura tridimensional. Com referência à Figura 1D, a representação desta estrutura cônica tridimensional 180 pode ser observada. Os pontos de contatos físicos e elétricos 181 também podem ser observados e a ilustração pode ser vista como uma visualização tridimensional da estrutura resultante. Esta estrutura pode compreender o componente elétrico modular e da bateria que serão incorporados com uma inserção de uma lente em um dispositivo biocompatível.

Esquemas de bateria segmentada [0050] Com referência à Figura 2, um exemplo de diferentes tipos de sistemas de baterias segmentadas foi representado por um elemento da bateria exemplificadora para um exemplo do tipo de lente de contato. Os componentes segmentados podem ser relativamente em formato circular 271, em formato de quadrado 272 ou em formato retangular. Nos exemplos de formato retangular, os retângulos podem ser pequenas formas retangulares 273, formas retangulares maiores 274 ou formas retangulares grandes 275.

Formas personalizadas dos elementos da bateria plana [0051] Em alguns exemplos de baterías biocompatíveis, as baterias podem ser formadas como elementos planos. Com referência à Figura 3A, um exemplo de um contorno retangular 310 do elemento da bateria pode ser ilustrado com uma conexão do anodo 311 e uma conexão do catodo 312. Com referência à Figura 3B, um exemplo de um contorno circular 330 do elemento da batería pode ser ilustrado com uma conexão do anodo 331 e uma conexão do catodo 332.

[0052] Em alguns exemplos de baterias de formato plano, os contornos da forma da bateria podem ser dimensionalmente e geometricamente configurados para se encaixarem em produtos personalizados. Além de exemplos com contornos retangulares ou circulares, há aqueles feitos sob encomenda "de forma livre" ou contornos "de forma livre", que podem ser feitos para permitir que a configuração da bateria seja otimizada de modo a caber dentro de determinado produto.

[0053] No caso do dispositivo biomédico exemplificador de um elemento óptico variável, um exemplo de um contorno plano "de forma livre" pode ser em forma arqueada. A forma livre pode ser de tal geometria que, quando sob uma forma tridimensional, pode assumir a forma de uma barra cônica e anular que se encaixa dentro dos limites restritivos de uma lente de contato. Pode ficar claro que geometrias benéficas semelhantes podem ser formadas nas quais os dispositivos médicos têm exigências restritivas 2D ou 3D.

Aspectos de biocompatibilidade das baterias [0054] Como um exemplo, as baterias de acordo com a presente descrição podem ter importantes aspectos relacionados com a segurança e biocompatibilidade. Em alguns exemplos, as baterias para dispositivos biomédicos devem atender aos requisitos mínimos e ultrapassar as expectativas dos cenários de uso típicos. Em alguns exemplos, aspectos do projeto podem ser considerados relacionados com eventos estressantes. Por exemplo, a segurança de uma lente de contato eletrônica pode precisar ser considerada no caso de um usuário quebrar a lente durante a inserção ou remoção. Em outro exemplo, aspectos de design podem considerar a possibilidade de um usuário ser atingido no olho por um objeto estranho. Ainda, outros exemplos de condições estressantes que podem ser consideradas no desenvolvimento de parâmetros e restrições de design podem estar relacionados com a possibilidade de um usuário utilizar a lente em ambientes desafiadores, como o ambiente sob a água ou o ambiente em alta altitude na forma de exemplos não limitantes.

[0055] A segurança de tal dispositivo pode ser influenciada pelos materiais que formam o dispositivo, pelas quantidades desses materiais utilizados na fabricação do dispositivo e também pela embalagem aplicada para separar os dispositivos do ambiente que os circunda interna ou externamente. Em um exemplo, os marca-passos podem ser um tipo comum de dispositivo biomédico que pode incluir uma bateria e que pode ser implantado em um usuário por um período de tempo prolongado. Consequentemente, em alguns exemplos, esses marca-passos podem ser tipicamente embalados com invólucros herméticos de titânio, soldados, ou em outros exemplos, várias camadas de encapsulamento. Dispositivos biomédicos elétricos emergentes podem apresentar novos desafios quanto a embalagem, principalmente a embalagem da bateria. Estes novos dispositivos podem ser muito menores do que os dispositivos biomédicos existentes, por exemplo, uma lente de contato eletrônica ou câmeras do tamanho de um comprimido podem ser significativamente menores do que um marca-passo. Nestes exemplos, o volume e a área disponíveis para a embalagem podem ser bastante reduzidos. Requisitos elétricos de microbaterias [0056] Outra área para considerações de design pode dizer respeito aos requisitos elétricos do dispositivo sobre o dispositivo da bateria. De modo a funcionar como uma fonte de energia para um dispositivo médico, uma bateria adequada pode precisar atender os requisitos elétricos completos do sistema quando operando em um modo não conectado ou um modo sem alimentação externa. Uma área emergente de dispositivos biomédicos não conectados ou sem alimentação externa pode incluir, por exemplo, lentes de contato para correção de visão, dispositivos de monitoramento de saúde, câmeras do tamanho de comprimidos e dispositivos inovadores. Desenvolvimentos recentes na tecnologia de circuito integrado (IC) podem permitir a operação elétrica significativa em níveis muito baixos de corrente, por exemplo, picoampères de corrente de espera e microampères de corrente de operação. ICs também podem permitir dispositivos muito pequenos.

[0057] Pode ser exigido que as microbaterias para aplicações biomédicas satisfaçam simultaneamente diversos requisitos desafiadores. Por exemplo, pode ser exigido que a microbateria tenha a capacidade de fornecer uma tensão operacional adequada para um circuito elétrico incorporado. Esta tensão operacional pode ser influenciada por vários fatores, incluindo o processo de IC conhecido por "nó", a tensão de saída do circuito para outro dispositivo e uma determinada meta de consumo de corrente que também pode estar relacionada ao ciclo de vida desejado do dispositivo.

[0058] No que diz respeito ao processo de IC, os nós podem tipicamente ser diferenciados pelo tamanho mínimo de característica de um transistor, tal como o seu "assim chamado" canal de transistor. Esta característica física, juntamente com outros parâmetros da fabricação de IC, tais como a espessura do óxido da porta, pode estar associada com um padrão de classificação resultante para ativar, ou limiar, tensões de transistores de efeito de campo (FET) fabricadas no processo de nó mencionado. Por exemplo, em um nó com uma dimensão mínima de 0,5 mícrons, pode ser comum encontrar FETs com tensões de ativação de 5,0 V. No entanto, em um tamanho mínimo de recurso de 90 nm, o FET pode ativar em 1,2, 1,8 e 2,5 V. A fundação do IC pode fornecer células padrão de fornecimento de blocos digitais, por exemplo, inversores e flip-flops que têm sido caracterizados e são classificados para uso em determinadas faixas de tensão. Os designers escolheram um nó do processo de IC com base em vários fatores, incluindo densidade de dispositivos digitais, dispositivos analógicos/digitais de sinal misto, corrente de fuga, camadas de fiação e a disponibilidade dos dispositivos especiais, como FETs de alta tensão. Considerando estes aspectos paramétricos dos componentes eléctricos que podem extrair energia de uma microbateria, pode ser importante para a fonte de energia da microbateria para ser equiparada aos requisitos do nó do processo escolhido e design do IC, principalmente em termos de tensão e corrente disponíveis.

[0059] Em alguns exemplos, um circuito elétrico alimentado por uma microbateria pode se conectar a outro dispositivo. Em exemplos não limitadores, o circuito eléctrico alimentado pela microbateria pode se conectar a um atuador ou a um transdutor. Dependendo da aplicação, é possível incluir um díodo emissor de luz (LED), um sensor, uma bomba do sistema micro-eletromecânico (MEMS) ou vários outros dispositivos semelhantes. Em alguns exemplos, esses dispositivos conectados podem exigir condições de tensão operacional maiores do que os nós de processo IC comuns, por exemplo, uma lente de focagem variável pode necessitar de 35 V para ativar. A tensão operacional fornecida pela bateria pode, assim, ser uma consideração importante na concepção de tal sistema. Em alguns exemplos deste tipo de consideração, a eficiência de um acionador da lente para produzir 35 V de uma bateria de 1 V pode ser significativamente menor do que podería ser quando se opera com uma bateria de 2 V. Outros requisitos, tal como o tamanho da matriz, podem ser drasticamente diferentes, considerando também os parâmetros operacionais da microbateria.

[0060] Células de bateria individuais normalmente podem ser classificadas com tensões de circuito aberto, carregadas e de corte. A tensão de circuito aberto é o potencial produzido pela célula de bateria com a resistência de carga infinita. A tensão de carga é o potencial produzido pela célula com uma impedância de carga adequada, e tipicamente também especificada, colocada entre os terminais da célula. A tensão de corte é tipicamente uma tensão na qual a maior parte da bateria está descarregada. A tensão de corte pode representar uma tensão ou nível de descarga abaixo do qual a bateria não deve ser descarregada de modo a evitar efeitos prejudiciais, como emissão de gases excessiva. A tensão de corte pode, tipicamente, ser influenciada pelo circuito no qual a bateria está conectada, não somente à própria bateria, por exemplo, a tensão operacional mínima do circuito eletrônico. Em um exemplo, uma pilha alcalina pode ter uma tensão de circuito aberto de 1,6 V, uma tensão de carga na faixa de 1,0 a 1,5 V e uma tensão de corte de 1,0 V. A tensão de um dado design de célula da microbateria pode depender de outros fatores da química celular empregada. E, diferentes químicas da célula podem, portanto, ter diferentes tensões de células.

[0061] As células podem ser conectadas em série para aumentar a tensão. No entanto, esta combinação pode trazer vantagens e desvantagens quanto ao tamanho, resistência interna e complexidade da bateria. As células também podem ser combinadas em configurações paralelas para diminuir a resistência e aumentar a capacidade. Contudo, essa combinação pode implicar em uma escolha entre tamanho e vida útil.

[0062] A capacidade da bateria pode ser a capacidade de uma bateria em fornecer a corrente, ou desempenhar seu trabalho, durante um período de tempo. A capacidade da bateria pode ser tipicamente especificada em unidades, como micro ampères /hora. A bateria que consegue fornecer 1 microampère de corrente durante 1 hora tem um 1 microampère/hora de capacidade. A capacidade pode tipicamente ser aumentada, aumentando a massa (e, portanto, o volume) dos reagentes dentro do dispositivo de bateria. No entanto, pode ser entendido que dispositivos biomédicos podem ser significativamente restritos quanto ao volume disponível. A capacidade da bateria também pode ser influenciada pelo eletrodo e material de eletrólito.

[0063] Dependendo dos requisitos do circuito ao qual a bateria está conectada, a bateria pode ser obrigada a fornecer corrente ao longo de um intervalo de valores. Durante o armazenamento antes do uso ativo, uma corrente de vazamento da ordem de picoampères a nanoampères pode fluir através dos circuitos, interconexões e isolantes. Durante a operação ativa, o circuito pode consumir corrente quiescente para amostrar sensores, temporizadores e desempenhar funções de baixo consumo de energia. O consumo de corrente quiescente pode ser da ordem de nanoampères a miliampères. Circuitos também podem ter demandas de corrente de pico ainda mais elevadas, por exemplo, ao escrever na memória flash ou comunicar-se através de rádio frequência (RF). Esta corrente de pico pode se estender por dezenas de miliampères ou mais. A resistência e a impedância de um dispositivo de microbateria também podem ser importantes para as considerações de design.

[0064] A vida útil geralmente se refere ao período de tempo que uma bateria pode sobreviver em armazenamento e ainda manter os parâmetros operacionais úteis. A vida útil pode ser particularmente importante para dispositivos biomédicos, por várias razões. Dispositivos eletrônicos podem deslocar dispositivos não elétricos, como, por exemplo, no caso da introdução de uma lente de contato eletrônica. Produtos nesses espaços de mercado existentes podem ter estabelecido requisitos de vida útil, por exemplo, três anos, por causa do cliente, cadeia de suprimentos e outros requisitos. Pode ser desejável, tipicamente, que tais especificações não sejam alteradas em novos produtos. Os requisitos de vida útil também podem ser definidos pelos métodos de distribuição, inventário e uso de um dispositivo compreendendo uma microbateria. Portanto, microbaterias para dispositivos biomédicos podem ter requisitos de vida útil específicos, os quais podem ser medidos em número de anos, por exemplo.

[0065] Em algumas modalidades, o elemento de energização biocompatível tridimensional pode ser recarregável. 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.

[0066] Em alguns exemplos, a bateria pode funcionar para fornecer a energia elétrica para um sistema elétrico. Nestes exemplos, a bateria pode ser conectada eletricamente ao circuito do sistema elétrico. As conexões entre um circuito e uma bateria podem ser classificadas como interconexões. Essas interconexões podem tornar-se cada vez mais desafiadoras para microbaterias biomédicas devido a vários fatores. Em alguns exemplos, dispositivos biomédicos energizados podem ser muito pequenos, permitindo 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.

[0067] Em outros aspectos, a batería pode conter um eletrólito líquido que podería ferver a uma temperatura elevada. Esta restrição pode competir diretamente com o desejo de utilizar uma interconexão de solda que pode, por exemplo, requerer temperaturas relativamente altas, tais como 250 graus Celsius para derreter. Apesar de, em alguns exemplos, a química da batería (incluindo o eletrólito) e a fonte de calor utilizada para formar a interconexão da base de solda poderem ser isoladas espacialmente uma da outra, nos casos de dispositivos biomédicos emergentes o tamanho pequeno pode impedir a separação do eletrólito e juntas de solda na distância suficiente para reduzir a condução de calor.

Interconexões [0068] As interconexões podem permitir que a corrente flua para e a partir da batería em conexão com um circuito externo. Essas interconexões podem interagir com os ambientes dentro e fora da batería, e podem cruzar a fronteira ou vedação entre esses ambientes. Estas interconexões podem ser consideradas como rastros, efetuando as conexões a um circuito externo, passando através da vedação da batería, e, em seguida, conectando aos coletores de corrente no interior da bateria. Dessa forma, estas interconexões podem ter vários requisitos. Fora da bateria, as interconexões podem assemelhar-se a traços típicos de circuito impresso. Eles podem estar soldados ou conectados de outra forma a outros traços. Em um exemplo em que a bateria é um elemento físico separado de uma placa de circuito que contém um circuito integrado, a interconexão da bateria pode permitir a conexão ao circuito externo. Esta conexão pode ser formada com solda, fita condutiva, tinta condutora ou epóxi, ou outros meios. Os traços de interconexão podem precisar sobreviver no ambiente externo à bateria, por exemplo, não sendo corroído na presença de oxigênio.

[0069] À medida que a interconexão passa através da vedação da bateria, pode ser de importância crítica que a interconexão coexista com a vedação, permitindo a vedação. Pode ser necessária adesão entre a vedação e a interconexão além da adesão que possa ser necessária entre a vedação e um pacote de bateria. A integridade da vedação pode ter de ser mantida na presença de eletrólito e outros materiais dentro da bateria. Interconexões, as quais podem ser tipicamente metálicas, podem ser conhecidas como pontos de falha na embalagem da bateria. O potencial e/ou fluxo de corrente elétrica pode aumentar a tendência para o eletrólito "arrastar-se" ao longo da interconexão. Por conseguinte, uma interconexão pode precisar ser modificada para manter a integridade da vedação.

[0070] Dentro da bateria, as interconexões podem interagir com os coletores de corrente ou podem realmente formar os coletores de corrente. A este respeito, pode ser necessário que a interconexão satisfaça os requisitos dos coletores de corrente, conforme aqui descritos, ou pode precisar formar uma conexão elétrica com estes coletores de corrente.

[0071] Uma classe de interconexões e coletores de corrente candidatos são os laminados metálicos. Esses laminados estão disponíveis na espessura de 25 mícrons ou menos, o que as torna adequadas para baterias muito finas. Esse laminado pode também ser obtido com aspereza de superfície e contaminação baixas, dois fatores que podem ser críticos para o desempenho da bateria. As folhas podem incluir zinco, níquel, latão, cobre, titânio, outros metais e ligas diferentes.

Eletrólitos [0072] Um eletrólito é um componente de uma bateria que facilita que uma reação química ocorra entre os materiais químicos dos eletrodos. Eletrólitos típicos podem ser eletroquimicamente ativos para os eletrodos, por exemplo, permitindo que as reações de oxidação e de redução ocorram. Em alguns exemplos, esta atividade eletroquímica importante pode fazer com que a criação de dispositivos que sejam biocompatíveis seja um desafio. Por exemplo, hidróxido de potássio (KOH) pode ser um eletrólito normalmente utilizado em pilhas alcalinas. Em alta concentração, o material tem um pH elevado e pode interagir desfavoravelmente com vários tecidos vivos. Por outro lado, em alguns exemplos, podem ser utilizados eletrólitos que possam ser menos eletroquimicamente ativos; no entanto, estes materiais tipicamente podem resultar em redução no desempenho elétrico, como a redução da tensão da célula e aumento da resistência da célula. Assim, um aspecto fundamental do projeto e da engenharia biomédica de uma microbateria pode ser o eletrólito. Pode ser desejável que o eletrólito seja suficientemente ativo para satisfazer os requisitos elétricos e, ao mesmo tempo, seja relativamente seguro para uso no espaço interno ou externo do corpo.

[0073] Vários cenários de teste podem ser utilizados para determinar a segurança de componentes de baterias, em particular, eletrólitos, para as células vivas. Estes resultados, em conjunto com testes de embalagem da bateria, podem permitir o design da engenharia de um sistema de baterias que possa cumprir com os requisitos. Por exemplo, ao desenvolver uma lente de contato energizada, os eletrólitos da bateria podem ser testados em um modelo de células da córnea humana. Estes testes podem incluir experiências com concentração de eletrólitos, tempo de exposição e aditivos. Os resultados de tais testes podem indicar o metabolismo celular e outros aspectos fisiológicos. Os testes podem incluir testes in-vivo em animais ou seres humanos.

[0074] Os eletrólitos para uso na presente invenção podem incluir cloreto de zinco, acetato de zinco, acetato de amônio e cloreto de amônio em concentrações de massa de cerca de 0,1 porcento a 25 porcento. As concentrações específicas podem depender da atividade eletroquímica, do desempenho da bateria, da vida útil, da integridade da vedação e da biocompatibilidade.

[0075] Em alguns exemplos, várias classes de aditivos podem ser utilizadas na composição de um sistema de bateria. Os aditivos podem ser misturados na base de eletrólito para alterar as suas características. Por exemplo, os agentes gelificantes, tal como ágar, podem reduzir a capacidade do eletrólito de vazar da embalagem, aumentando assim a segurança. Os inibidores de corrosão podem ser adicionados ao eletrólito, por exemplo, para melhorar a vida útil, reduzindo a dissolução desejada do anodo de zinco no eletrólito. Os inibidores de corrosão podem incluir Triton® QS-44 e acetato de índio, como exemplos não limitadores. Estes inibidores podem afetar positivamente ou negativamente o perfil de segurança da bateria. Podem ser adicionados agentes umectantes ou tensoativos, por exemplo, para permitir que o eletrólito umidifique o separador ou seja introduzido no pacote de bateria. Novamente, estes agentes umectantes podem ser positivos ou negativos quanto à segurança. A adição de tensoativos no eletrólito pode aumentar a impedância elétrica da célula, de acordo com a concentração mais baixa de tensoativo, para atingir o umedecimento desejado, ou outras propriedades devem ser empregadas. Exemplos de agentes tensoativos podem incluir Triton®, X-100, Triton® QS44, e Dowfax® 3B2 em concentrações de 0,01 a 2 porcento.

[0076] Um exemplo de uma formulação de eletrólito pode ser: 20% de cloreto de zinco, 500 ppm de Triton® QS-44, 200 ppm de íon de índio +3 fornecido como acetato de índio, e balanceado com água.

[0077] Eletrólitos novos estão surgindo também, o que pode melhorar dramaticamente o perfil de segurança de microbaterias biomédicas. Por exemplo, uma classe de eletrólitos sólidos pode ser intrinsecamente resistente a vazamento e ainda assim oferecer um desempenho elétrico adequado.

[0078] Baterias que usam eletrólitos de "água salgada" são comumente usadas em células de reserva para uso marítimo. Torpedos, boias e luzes de emergência podem utilizar tais baterias. Células de reserva são baterias em que os materiais ativos, os eletrodos e o eletrólito ficam separados até o momento do uso. Devido a essa separação, a autodescarga das células é muito reduzida e vida útil é muito maior. Baterias de água salgada podem ser concebidas a partir de uma variedade de materiais de eletrodo, incluindo zinco, magnésio, alumínio, cobre, estanho, dióxido de manganês e óxido de prata. O eletrólito pode ser água do mar real, por exemplo, água do oceano inundando a bateria e entrando em contato, ou pode ser uma formulação de solução salina especialmente projetada. Este tipo de bateria pode ser particularmente útil para lentes de contato. Um eletrólito salino pode ter biocompatibilidade superior aos eletrólitos clássicos, tais como hidróxido de potássio e cloreto de zinco. As lentes de contato são armazenadas em uma "solução de embalagem" que é tipicamente uma mistura de cloreto de sódio, talvez com outros sais e agentes de tamponamento. Esta solução demonstrou-se como um eletrólito de bateria em combinação com um anodo de zinco e um catodo de dióxido de manganês. Outras combinações de eletrólitos e de eletrodos são possíveis. Uma lente de contato utilizando uma bateria de "água salgada" pode conter um eletrólito à base de cloreto de sódio, solução de embalagem, ou mesmo um eletrólito especialmente projetado, semelhante ao fluido lacrimal. Tal bateria podería, por exemplo, ser ativada com uma solução de embalagem, manter uma abertura para o olho, e continuar a operar com a exposição a lágrimas humanas.

[0079] Além de ou ao invés de possíveis benefícios quanto à biocompatibilidade usando um eletrólito mais semelhante às lágrimas, ou, na verdade, usando lágrimas, uma célula de reserva pode ser utilizada para satisfazer os requisitos de vida útil de um produto de lentes de contato. As lentes de contato típicas são especificadas para o armazenamento por 3 anos ou mais. Este é um requisito desafiador para uma batería com uma embalagem pequena e fina. Uma célula de reserva para o uso em lentes de contato pode ter uma concepção análoga à das mostradas nas Figuras 3, mas o eletrólito não seria adicionado no momento da fabricação. O eletrólito pode ser armazenado em uma ampola dentro da lente de contato e conectado à batería, ou solução salina circundante à batería poderia ser usado como eletrólito. Dentro do pacote de batería e lente de contato, uma válvula ou porta podem ser concebidos para separar o eletrólito dos eletrodos até que o usuário ative a lente. Após a ativação, talvez simplesmente apertando a borda da lente de contato de maneira semelhante à ativação de um tubo de luz, o eletrólito é permitido fluir para dentro da batería e formar uma via iônica entre os eletrodos. Isto pode envolver uma transferência única de eletrólito ou pode expor a bateria a difusão contínua.

[0080] Alguns sistemas de baterias podem utilizar ou consumir eletrólito durante a reação química. Por conseguinte, pode ser necessário disponibilizar um certo volume de eletrólito no sistema de embalagem. Este eletrólito pode ficar "estacionado" em vários locais, incluindo o separador ou um reservatório.

[0081] Em alguns exemplos, um desenho de um sistema de bateria pode incluir um componente ou componentes que possam funcionar para limitar a capacidade de descarga do sistema de baterias. Por exemplo, pode ser desejável conceber os materiais e quantidades de materiais de anodo, catodo, ou eletrólito, de modo que um deles possa ser esvaziado primeiro durante o decurso das reações do sistema de bateria. Nesse exemplo, o esgotamento de um anodo, catodo ou eletrólito pode reduzir a possibilidade de uma descarga problemática e reações secundárias não terão lugar em tensões de descarga inferiores. Estas reações problemáticas podem produzir, por exemplo, excesso de gás ou subprodutos que possam ser prejudiciais para a segurança e outros fatores.

Componentes modulares da bateria [0082] Em alguns exemplos, um componente modular da bateria pode ser formado de acordo com alguns aspectos e exemplos da presente descrição. Nestes exemplos, o conjunto de baterias modulares pode ser um componente separado de outras partes do dispositivo biomédico. No exemplo de um dispositivo oftálmico de lente de contato, esse design pode compreender uma bateria modular separada do resto de uma inserção de meio. Pode haver inúmeras vantagens de formar um componente de bateria modular. Por exemplo, no exemplo da lente de contato, um componente de bateria modular pode ser formado em um processo separado, não integrado, que pode aliviar a necessidade de manusear componentes ópticos de plástico rígidos e tridimensionalmente formados. Além disso, as fontes de fabricação podem ser mais flexíveis e podem operar de um modo mais paralelo com a fabricação dos outros componentes no dispositivo biomédico. Além disso, a fabricação dos componentes modulares da bateria pode ser dissociada a partir das características de dispositivos de formatos tridimensionais. Por exemplo, em aplicações que exigem formas finais tridimensionais, um sistema de baterias modulares pode ser fabricado em uma perspectiva plana ou aproximadamente bidimensional e, em seguida moldada na forma tridimensional apropriada. Um componente de baterias modulares pode ser testado de forma independente do resto do dispositivo e a perda de rendimento biomédico devido aos componentes da batería pode ser classificada antes da montagem. O componente de bateria modular resultante pode ser utilizado em várias construções de inserção de meios que não têm uma zona rígida apropriada sobre a qual os componentes da bateria podem ser formados; e, ainda em um outro exemplo, o uso de diferentes componentes de bateria modular para tecnologias de fabricação além das que seriam utilizadas, como a tecnologia baseada em rede (rolo a rolo), a tecnologia baseada em folha (folha a folha), impressão, litografia e processamento "empurrar usando rodo". Em alguns exemplos de uma bateria modular, o aspecto discreto de contenção desse dispositivo pode resultar em material adicional a ser adicionado à construção geral do dispositivo biomédico. Esses efeitos podem definir uma limitação para a utilização de soluções de baterias modulares quando os parâmetros de espaço disponíveis exigem espessura ou volume de soluções minimizados.

[0083] Requisitos de formato da bateria podem ser direcionados pelo menos em parte pela aplicação para a qual a bateria será utilizada. Fatores de formato de baterias tradicionais podem ser formas cilíndricas ou prismas retangulares, feitos de metal, e podem ser voltados para produtos que exigem grandes quantidades de energia por longos períodos. Essas aplicações podem ser grandes o suficiente para que possam conter baterias com grandes fatores de formato. Em outro exemplo, as baterias de estado sólido planares podem ser prismas retangulares finos, tipicamente formados a partir de silício ou vidro inflexível. Estas baterias de estado sólido planares podem ser formadas, em alguns exemplos, usando tecnologias de processamento de pastilha de silício. Em outro tipo de fator de formato da bateria, baterias flexíveis com baixa produção de energia podem ser formadas de uma construção de bolsa, usando folhas ou plástico finos para conter a química da batería. Estas baterias podem ser feitas planas, e podem ser projetadas para funcionar quando curvadas em uma curvatura pequena para fora do plano.

[0084] Em alguns dos exemplos das aplicações da batería da presente invenção, onde a bateria pode ser empregada em uma lente ótica variável, o fator do formato pode necessitar de uma curvatura tridimensional do componente de bateria, o qual um raio de curvatura possa ser da ordem de cerca de 8,4 mm. A natureza de uma curvatura pode ser considerada relativamente acentuada e, para referência, pode aproximar-se do tipo de curvatura encontrado na ponta de um dedo humano. A natureza de uma curvatura acentuada relativa cria aspectos desafiadores para a fabricação. Em alguns exemplos da presente invenção, um componente de bateria modular pode ser concebido de tal modo que possa ser fabricado de uma forma plana, bidimensional e, em seguida, formado em um molde tridimensional de alta curvatura relativa.

Espessura do módulo da bateria [0085] Na concepção de componentes da bateria para aplicações biomédicas, os acordos entre os vários parâmetros podem ser feitos balanceando os requisitos técnicos, de segurança e funcionais. A espessura do componente de bateria pode ser um parâmetro importante e limitador. Por exemplo, em uma aplicação de lentes óticas, a capacidade de um dispositivo ser usado confortavelmente por um usuário pode depender criticamente da espessura do dispositivo biomédico. Portanto, pode haver aspectos capacitadores críticos na concepção da bateria para resultados mais finos. Em alguns exemplos, a espessura da bateria pode ser determinada pelas espessuras combinadas das folhas superior e inferior, folhas de espaçador e espessuras da camada adesiva. Aspectos práticos de fabricação podem conduzir determinados parâmetros de espessura de filme até valores padrão no estoque de lâmina disponível. Além disso, os filmes podem ter valores de espessura mínima à qual eles podem ser especificados com base em considerações técnicas relativas à compatibilidade química, impermeabilidade à umidade/gás, acabamento da superfície e de compatibilidade com revestimentos que possam ser depositados sobre as camadas de filme.

[0086] Em alguns exemplos, uma espessura alvo desejada ou de um componente de batería acabado pode ser um componente de espessura que seja inferior a 220 pm. Nestes exemplos, esta espessura desejada pode ser dirigida pela geometria tridimensional de um dispositivo de lente oftálmica exemplificador em que o componente de bateria pode precisar ser encaixado no volume disponível, definido por uma forma da lente de hidrogel final, proporcionando conforto ao usuário final, biocompatibilidade e restrição de aceitação. Este volume e seu efeito sobre as necessidades de espessura do componente de bateria podem ser uma função da especificação de espessura total do dispositivo, bem como especificações do dispositivo relacionadas à largura, ângulo cônico e diâmetro interno. Uma outra consideração de design importante para o design do componente da bateria resultante pode estar relacionada ao volume disponível para produtos químicos ativos da bateria e materiais em um determinado design do componente da bateria em relação à energia química resultante que pode surgir a partir desse design. Esta energia química resultante pode então ser equilibrada para as necessidades elétricas de um dispositivo biomédico funcional para as suas condições de vida e operacionais alvo.

Flexibilidade do módulo da bateria [0087] Outra dimensão relevante para o design da bateria e para o design de dispositivos relacionados que utilizem fontes de energia da bateria como base é a flexibilidade do elemento de bateria. Pode haver inúmeras vantagens conferidas por formas flexíveis de bateria. Por exemplo, um módulo de bateria flexível pode facilitar a capacidade anteriormente mencionada em fabricar a forma da bateria de uma forma plana bidimensional. A flexibilidade da forma pode permitir que a bateria seja bidimensional para, em seguida, ser formada em uma forma tridimensional apropriada para encaixar-se em um dispositivo biomédico, tal como uma lente de contato.

[0088] Em outro exemplo dos benefícios que podem ser conferidos pela flexibilidade no módulo da bateria, se a bateria e o dispositivo subsequente forem flexíveis, então, pode haver vantagens relacionadas ao uso do dispositivo. Em um exemplo, uma forma de lente de contato de um dispositivo biomédico pode ter vantagens para a inserção/remoção da lente de contato com base na inserção de meio que pode estar mais perto da inserção/remoção de uma lente de contato de hidrogel padrão e não preenchida.

[0089] O número de elementos de flexão pode ser importante para a engenharia da bateria. Por exemplo, uma bateria que só pode flexionar uma vez a partir de uma forma plana para uma forma apropriada para uma lente de contato pode ter o design significativamente diferente de uma bateria capaz de múltiplos elementos de flexão. A flexão da bateria também pode se estender para além da capacidade de sobreviver mecanicamente ao evento de flexão. Por exemplo, um eletrodo pode ser fisicamente capaz de flexionar sem quebrar, mas as propriedades mecânicas e eletroquímicas do eletrodo podem ser alteradas por flexão. Mudanças induzidas por flexão podem aparecer instantaneamente, por exemplo, como mudanças de impedância, ou a flexão pode introduzir alterações que são apenas aparentes nos testes de vida útil de longo prazo. Largura do módulo da bateria [0090] Pode haver inúmeras aplicações em que podem ser utilizados os elementos de energização biocompatíveis ou as baterias da presente descrição. Em geral, o requisito de largura da bateria pode ser em grande parte uma função da aplicação em que é aplicada. Em um caso exemplificador, um sistema de bateria de lentes de contato pode ter necessidades restritas quanto à especificação da largura de um componente de bateria modular. Em alguns exemplos de um dispositivo oftálmico, onde o dispositivo tem uma função óptica variável alimentada por um componente de bateria, a parte ótica variável do dispositivo pode ocupar uma região central esférica de cerca de 7,0 mm de diâmetro. Os elementos de bateria exemplificadores podem ser considerados como um objeto tridimensional, que se encaixa como uma barra anular e cônica ao redor de uma ótica central e formada em um anel cônico truncado. Se o diâmetro máximo requerido da peça de inserção rígida for um diâmetro de 8,50 mm e a tangência para um determinado diâmetro de esfera pode ser orientada (como por exemplo, em um diâmetro de aproximadamente 8,40 mm), então, a geometria pode ditar qual a largura permitida da bateria. Pode haver modelos geométricos que podem ser úteis para o cálculo das especificações desejáveis para a geometria resultante, que em alguns exemplos pode ser denominada um tronco cônico achatado em um setor de um anel.

[0091] A largura achatada da bateria pode ser direcionada por duas características do elemento da bateria, os componentes ativos da bateria e a largura da vedação. Em alguns exemplos relacionados com os dispositivos oftálmicos, a meta de espessura pode estar entre 0,100 mm a 0,500 mm por lado, e os componentes ativos da bateria podem ter como meta algo em torno de 0,800 mm de largura. Outros dispositivos biomédicos podem ter diferentes restrições de design, mas os princípios para elementos de bateria plana flexíveis podem ser aplicados de maneira semelhante.

Cavidades como elementos de desiqn no desiqn de componentes de batería [0092] Em alguns exemplos, os elementos de batería podem ser concebidos de modos que separem as regiões da química ativa da batería. Pode haver inúmeras vantagens da divisão dos componentes ativos da batería em segmentos distintos. Em um exemplo não limitador, a fabricação de elementos discretos e menores pode facilitar a produção dos elementos. A função dos elementos da bateria, incluindo numerosos elementos menores, pode ser melhorada. Defeitos de vários tipos podem ser segmentados e elementos não funcionais podem ser isolados em alguns casos, resultando na redução da perda de função. Isto pode ser relevante em exemplos em que possa ocorrer a perda de eletrólito da bateria. O isolamento dos componentes individuais pode permitir um defeito que resulta em vazamento de eletrólito de regiões críticas da bateria, para limitar a perda de função para aquele pequeno segmento do elemento total da bateria enquanto a perda de eletrólito pelo defeito pode esvaziar significativamente uma região maior de baterias configuradas como uma única célula. Células menores podem resultar em um volume reduzido de produtos químicos ativos da bateria em uma perspectiva geral, mas a malha de material circundante de cada uma das células menores pode resultar em um reforço da estrutura global.

Vedações internas do elemento da bateria [0093] Em alguns exemplos de elementos de bateria para uso em dispositivos biomédicos, a ação química da bateria envolve química aquosa, em que a água ou a umidade é um constituinte importante a ser controlado. Deste modo, pode ser importante incorporar mecanismos de vedação que retardem ou impeçam a circulação de umidade para dentro ou para fora do corpo da bateria. Barreiras à umidade podem ser concebidas para manter o teor de umidade interna em um nível de projeto, dentro de uma certa tolerância. Em alguns exemplos, uma barreira à umidade pode ser dividida em duas seções ou componentes; ou seja, a embalagem e a vedação.

[0094] A embalagem pode referir-se ao material principal do invólucro. Em alguns exemplos, a embalagem pode compreender um material a granel. A Taxa de Transmissão de Vapor de Água (Water Vapor Transmission Rate - WVTR) pode ser um indicador de desempenho, com as normas ISO e ASTM controlando o procedimento de teste, inclusive as condições ambientais operantes durante o teste. Idealmente, o WVTR para um bom pacote de batería pode ser "zero". Exemplos de materiais com um WVTR de quase zero podem ser vidro e laminados metálicos. Plásticos, por outro lado, podem ser inerentemente porosos à umidade, e podem variar de forma significativa para os diferentes tipos de plástico. Materiais de engenharia, laminados ou coextrusões podem geralmente ser híbridos dos materiais de embalagem comuns.

[0095] 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.

[0096] 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, poli-tetrafluoroetileno (PTFE), polipropileno e silicones, para mencionar alguns exemplos não limitadores.

[0097] 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 em um ambiente úmido, então a diferença de pressão parcial entre o interior e o exterior da batería será mínima, o que resultará em uma taxa de perda de umidade reduzida, e, por conseguinte, a vida da bateria pode ser estendida. A mesma 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 bateria [0098] 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 anodo e catodo das partes do catodo e do coletor de corrente do catodo. O separador pode ser uma membrana que seja permeável à água e aos componentes do eletrólito dissolvido. No entanto, ele normalmente pode ser eletricamente não condutivo. Embora uma variedade de materiais separadores comercialmente disponíveis possa ser conhecida aos versados na técnica, o fator de forma inovadora da presente descrição pode apresentar restrições únicas sobre a tarefa de seleção do separador, processamento e manuseio.

[0099] Uma vez que os designs da presente invenção podem ter perfis ultrafinos, a escolha pode ser limitada aos materiais separadores mais finos tipicamente disponíveis. Por exemplo, 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 numerosos separadores comerciais aceitáveis, incluindo polietileno microporoso, microfibrilado e monocamada e/ou membranas separadoras de camada tripla de polipropileno-polietileno-polipropileno (PP/PE/PP), tais como as produzidas por Celgard® (Charlotte, NC). Um exemplo desejável de material de separação pode ser a membrana de camada tripla de PP/PE/PP com uma espessura de 12 mícrons da Celgard® M824. Exemplos de materiais alternativos de separação úteis para exemplos da presente invenção podem incluir membranas separadoras que compreendem celulose regenerada (celofane, por exemplo).

[00100] Embora as membranas separadoras de camada tripla de PP/PE/PP possam ter espessura e propriedades mecânicas vantajosas, devido ao seu caráter poliolefínico, elas também podem sofrer de um certo número de desvantagens que devem ser ultrapassadas, de modo a torná-las úteis nos exemplos da presente invenção. Rolo ou folhas de materiais separadores de camada tripla de PP/PE/PP podem ter várias rugas ou outros erros de forma que possam ser prejudiciais para as tolerâncias de nível mícron aplicáveis às baterias aqui descritas. Além disso, os separadores de poliolefina podem precisar ser cortados para tolerâncias ultraprecisas para inclusão nos presentes designs, que pode, portanto, implicar o corte a laser como um método preferido de formação de coletores de corrente discretos em formas desejáveis com tolerâncias estreitas. Devido ao caráter poliolefínico destes separadores, alguns lasers de corte úteis para microfabricação podem utilizar comprimentos de onda do laser, por exemplo, de 355 nm, que não cortará poliolefinas. As poliolefinas não absorvem de forma apreciável a energia do laser e são, assim, não ablativas. Finalmente, separadores de poliolefina podem não ser inerentemente umedecíveis para os eletrólitos aquosos utilizados nas baterias aqui descritas.

[00101] No entanto, pode haver métodos para superar essas limitações inerentes às membranas do tipo poliolefínicas. A fim de apresentar uma membrana separadora microporosa para um laser de corte de alta precisão para cortar peças em segmentos de arco ou de outras concepções de separador que sejam vantajosas, a membrana pode precisar ser plana e sem rugas. Se essas duas condições não forem cumpridas, a membrana separadora pode não ser totalmente cortada porque o feixe de corte pode ser inibido em decorrência da desfocaiização ou de outra forma de dispersar a energia do laser incidente. Além disso, se a membrana separadora não for plana e livre de rugas, a precisão e as tolerâncias geométricas da forma da membrana separadora podem não ser suficientemente alcançadas. Tolerâncias admissíveis para separadores de exemplos atuais podem ser de preferência +0 mícron e -20 mícrons com relação aos comprimentos e/ou raios característicos. Pode haver vantagens para tolerâncias mais estreitas de +0 mícron e -10 mícrons e adicionalmente para tolerâncias de +0 mícron e -5 mícrons. Material de estoque separador pode ser feito plano e livre de rugas temporariamente laminando o material em um suporte de vidro flutuante com um líquido de baixa volatilidade adequado. Líquidos de baixa volatilidade podem ser preferidos em relação aos 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 que alcançaram uma membrana separadora plana e sem rugas em vidro flutuante usando um líquido, observou-se ser muito mais fácil do que utilizando um adesivo. Antes da laminação, a membrana separadora pode ter ficado livre de partículas. Isto pode ser obtido com a limpeza ultrassônica da membrana separadora para desalojar quaisquer partículas aderentes à superfície. Em alguns exemplos, a manipulação de uma membrana separadora pode ser feita em um ambiente adequado e com poucas partículas, tal como uma câmara de fluxo laminar ou uma sala limpa da classe de, pelo menos, 10.000. Além disso, o substrato de vidro flutuante pode ser tornado livre de partículas por lavagem com um solvente apropriado, limpeza ultrassônica e/ou limpando com lenços de sala limpa.

[00102] Embora uma vasta variedade de líquidos de baixa volatilidade possa ser utilizada para os fins de laminação mecânica das membranas separadoras de poliolefina microporosa para um veículo de vidro flutuante, os requisitos específicos podem ser impostos sobre o líquido para facilitar o subsequente corte a laser das formas de separação discretas. Um requisito pode ser que o líquido tenha uma tensão superficial baixa o suficiente para embeber os poros do material de separação tal que possa ser facilmente verificado por inspeção visual. Em alguns exemplos, o material do separador passa de uma cor branca para uma aparência translúcida quando o líquido enche os microporos do material. Pode ser desejável escolher um líquido que possa ser benigno e "seguro" para os trabalhadores que serão expostos às operações de preparação e de corte do separador.

Pode ser desejável escolher um líquido cuja pressão de vapor possa ser suficientemente baixa de modo que não ocorra evaporação apreciável durante o intervalo de tempo de processamento (na ordem de 1 dia). Finalmente, em alguns exemplos, o líquido pode ter poder de diluição suficiente para dissolver absorvedores de UV vantajosos que podem facilitar a operação de corte a laser. Em um exemplo, foi observado que uma solução de 12 por cento (w/w) de avobenzona, absorvente de UV, com solvente benzoato de benzila, pode satisfazer os requisitos acima mencionados e podem prestar-se a facilitar o corte por laser de separadores de poliolefina com alta precisão e tolerância em curto prazo sem um excessivo número de passagens do feixe de laser de corte. Em alguns exemplos, os separadores podem ser cortados com um laser em estado sólido de 8W 355 nm nanossegundo diodo-bombeado, utilizando esta abordagem em que o laser pode ter configurações de baixa atenuação de energia (por exemplo, 3 por cento de energia), uma velocidade moderada, de 1 a 10 mm/s, e apenas 1 a 3 passagens do feixe de laser. Embora esta composição oleosa que absorva UV ter sido provada ser um auxiliar do processo de laminagem e de corte eficaz, outras formulações oleosas podem ser previstas por especialistas e utilizadas sem qualquer limitação.

[00103] Em alguns exemplos, um separador pode ser cortado enquanto fixado a um vidro flutuante. Uma vantagem do corte por laser dos separadores enquanto fixos em um veículo de vidro flutuante, pode ser que uma densidade muito grande de número de separadores pode ser cortada a partir da folha de um separador; bem como um semicondutor matriz pode ser densamente disposto sobre uma pastilha de silício. Tal abordagem pode proporcionar vantagens de economia de escala e de processamento paralelo inerentes aos processos de semicondutores. Além disso, a geração da membrana separadora de remoção pode ser minimizada. Uma vez que os separadores foram cortados, o fluido auxiliar de processo oleoso pode ser removido por uma série de passos de extração com solventes miscíveis, a última extração pode ser realizada com um solvente de alta volatilidade, tal como álcool isopropílico, em alguns exemplos. Separadores discretos, depois de extraídos, podem ser armazenados indefinidamente em qualquer ambiente adequado de baixa particulação.

[00104] Como mencionado anteriormente, as membranas separadoras de poliolefina podem ser inerentemente hidrofóbicas e pode ser necessário torná-las umedecíveis aos tensoativos aquosos utilizados nas baterias da presente invenção. Uma abordagem para tornar as membranas separadoras umedecíveis pode ser o tratamento por plasma de oxigênio. Por exemplo, os separadores podem ser tratados por 1 a 5 minutos em um plasma de oxigênio a 100 por cento em uma ampla variedade de configurações de alimentação e taxas de fluxo de oxigênio. Embora esta abordagem possa melhorar a umedecibilidade temporariamente, pode ser bem conhecido que modificações de superfície de plasma proporcionam um efeito temporário que pode não durar o tempo suficiente para molhar robustamente de soluções de eletrólitos. Outra abordagem para melhorar a umedecibilidade das membranas de separação pode ser tratar a superfície através da incorporação de um tensoativo adequado na membrana. Em alguns casos, o tensoativo pode ser usado em conjunto com um revestimento polimérico hidrofílico que permanece no interior dos poros da membrana de separação.

[00105] Outra abordagem para proporcionar mais permanência à capacidade hidrofílica conferida por um tratamento por plasma oxidante pode ser por meio de tratamento subsequente com um organossilano hidrofílico adequado. Deste modo, o plasma de oxigênio pode ser usado para ativar e conferir grupos funcionais ao longo de toda a área de superfície do separador microporoso. O organossilano pode, em seguida, fazer a ligação covalente e/ou não covalente, aderindo à superfície tratada por plasma. Nos exemplos utilizando um organossilano, a porosidade inerente do separador microporoso não pode ser alterada de modo perceptível, a cobertura de superfície monocamada pode também ser possível e desejável. Métodos da técnica anterior que incorporam tensoativos em conjunto com revestimentos poliméricos podem necessitar de controles rígidos sobre a real quantidade de revestimento aplicado à membrana e podem, então, ficar sujeitos à variabilidade de processo. Em casos extremos, os poros do separador podem se tornar bloqueados, afetando assim adversamente a utilidade do separador durante o funcionamento da célula eletroquímica. Um organossilano exemplificador útil na presente descrição pode ser o (3-aminopropil)trietoxissilano. Outros organossilanos hidrofílicos podem ser conhecidos àqueles versados na técnica e podem ser utilizados sem qualquer limitação.

[00106] Outro método para deixar as membranas separadoras umedecíveis pelo eletrólito aquoso pode ser a incorporação de um tensoativo adequado na formulação do eletrólito. Uma consideração na escolha do tensoativo para deixar as 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, através do aumento da impedância elétrica da célula. Em alguns casos, tensoativos podem ter propriedades vantajosas de anticorrosão, principalmente no caso dos anodos de zinco em eletrólitos aquosos. O zinco pode ser um exemplo conhecido por sofrer uma reação lenta com a água e libertar 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 anodo 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 em uma quantidade suficiente para afetar a capacidade de umedecimento da membrana separadora.

[00107] Separadores discretos podem ser integrados na microbateria laminar por colocação direta em uma cavidade, bolso ou estrutura projetada dentro do conjunto. Desejavelmente, este bolso pode ser formado por um espaçador com um entalhe, que pode ser um compensador geométrico da forma separadora. Além disso, o bolso pode ter uma saliência ou borda em que o separador repousa durante a montagem. A referida saliência ou borda pode incluir, opcionalmente, um adesivo sensível à pressão que mantém o separador discreto. Vantajosamente, o adesivo sensível à pressão pode ser o mesmo que o utilizado na construção e empilhar-se em outros elementos de uma microbateria laminar exemplificadora.

Adesivo sensível à pressão [00108] Em alguns exemplos, a pluralidade de componentes que compreendem as microbaterias laminares da presente invenção pode ser colada com um adesivo sensível à pressão (PSA) que também serve como um selante. Embora possa existir uma infinidade de formulações adesivas sensíveis à pressão comercialmente disponíveis, essas formulações quase sempre incluem componentes que podem torná-las impróprias para uso dentro de um microbateria laminar biocompatível. Exemplos de componentes indesejáveis nos adesivos sensíveis à pressão podem incluir: componentes de baixa massa molecular lixiviáveis, por exemplo, antioxidantes BHT e/ou MEHQ, óleos plastificantes, impurezas, frações oxidativamente instáveis que contêm, por exemplo, ligações químicas insaturadas, solventes residuais e/ou monômeros, fragmentos de iniciador de polimerização, agentes de viscosidade polares e semelhantes.

[00109] PSAs adequados podem, por outro lado, apresentar as seguintes propriedades. Eles podem ser capazes de serem aplicados aos componentes laminares para atingir camadas finas na ordem de 2 a 20 mícrons. Eles também podem conter um mínimo de, preferivelmente zero, de componentes indesejáveis não biocompatíveis. Além disso, eles podem ter propriedades coesivas e adesivas suficientes para colar os componentes da batería laminar. E, eles podem ser capazes de fluir nas características da escala mícron inerentes em dispositivos da presente construção, proporcionando simultaneamente uma vedação robusta de eletrólito dentro da batería. Em alguns exemplos de PSA adequados, os PSAs podem ter uma baixa permeabilidade ao vapor de água, a fim de manter uma composição aquosa desejável de eletrólito dentro da batería, mesmo quando a bateria pode ser submetida a condições extremas de umidade durante períodos de tempo prolongados. Os PSAs podem ter boa resistência química aos componentes de eletrólitos, tais como ácidos, tensoativos e sais. Podem ser inertes quanto aos efeitos da imersão em água. PSAs adequados podem ter uma baixa permeabilidade ao oxigênio para minimizar a taxa de oxidação direta, que pode ser uma forma de autodescarga, dos anodos de zinco. E eles podem facilitar uma permeabilidade finita de gás de hidrogênio, o qual pode lentamente evoluir dos anodos de zinco em eletrólitos aquosos. Esta propriedade de permeabilidade finita de gás hidrogênio pode evitar um acúmulo de pressão interna.

[00110] Em consideração a estes requisitos, poli-isobutileno (PIB) pode ser um material comercialmente disponível que pode ser formulado em composições PSA satisfazendo muitos (se não todos) os requisitos desejáveis. Além disso, PIB pode ser um excelente selante de barreira, com muito pouca absorção de água e baixa permeabilidade ao oxigênio. Um exemplo de PIB útil nos exemplos da presente invenção pode ser Oppanol® B15 da BASF Corporation. Oppanol® B15 pode ser dissolvido em solventes de hidrocarbonetos, como tolueno, dodecano, espíritos minerais, e outros semelhantes. Uma composição exemplificadora de PSA pode incluir 30 por cento de Oppanol® B15 (w/w) em uma mistura de solventes incluindo 70 por cento (w/w) de tolueno e 30 por cento de dodecano. As propriedades adesivas e reológicas de PSA baseado em PIB podem ser determinadas em alguns exemplos pela mistura de diferentes tipos de massas moleculares de PIB. Uma abordagem comum pode ser usar a maioria do PIB de baixa massa molar, por exemplo, Oppanol® B10, para afetar o umedecimento, aderência e adesão, e usar a minoria do PIB de massa molar alta para afetar a tenacidade e resistência ao fluxo. Por conseguinte, misturas de qualquer número de massa molar de tipos de PIB podem ser imaginados e podem ser praticados dentro do âmbito da presente invenção. Além disso, acentuadores de pegajosidade podem ser adicionados à formulação do PSA desde que as exigências anteriormente mencionadas possam ser satisfeitas. Pela sua própria natureza, os acentuadores de pegajosidade conferem propriedades polares às formulações de PSA, então, pode ser necessário usá-las com cautela de modo a não afetar adversamente as propriedades de barreira do PSA. Além disso, os acentuadores de pegajosidade podem, em alguns casos, ser oxidativamente instáveis e podem incluir um antioxidante, o que pode vazar para fora do PSA. Por estas razões, os acentuadores de pegajosidade exemplificadores para uso em PSA de microbaterias laminares biocompatíveis podem incluir acentuadores de pegajosidade de resina de hidrocarboneto total ou principalmente hidrogenados, tais como os da série Regalrez de acentuadores de pegajosidade da Eastman Chemical Corporation. Considerações adicionais do pacote e substrato nos módulos de batería biocompatíveis [00111] Pode haver inúmeras considerações de embalagem e substrato que podem ditar características desejáveis para projetos de embalagem utilizados na microbaterias laminares biocompatíveis. Por exemplo, a embalagem pode, de preferência, ser predominantemente baseada em laminado de metal e/ou filme, no qual essas camadas de embalagem podem ser tão finas quanto possível, por exemplo, de 10 a 50 mícrons. Além disso, a embalagem pode proporcionar uma barreira de difusão suficiente para o ganho ou a perda de umidade durante a vida útil. Em muitos exemplos desejáveis, a embalagem pode proporcionar uma barreira de difusão para a penetração de oxigênio suficiente para limitar a degradação de anodos de zinco por oxidação direta.

[00112] Em alguns exemplos, a embalagem pode proporcionar uma via para permeação finita de gás hidrogênio que pode evoluir devido à redução direta de água por zinco. E a embalagem pode conter de maneira desejável e suficiente, e pode-se isolar o conteúdo da bateria de tal modo que a potencial exposição a um usuário possa ser minimizada.

[00113] Na presente descrição, construções de embalagem podem compreender os seguintes tipos de componentes funcionais; ou seja, as camadas superior e inferior de embalagem, camadas de PSA, camadas separadoras, zonas de interconexão, portas de preenchimento e embalagem secundária.

[00114] Em alguns exemplos, as camadas superior e inferior da embalagem podem compreender laminados metálicas ou filmes de polímeros. As camadas de embalagem do topo e do fundo podem incluir construções de filme de várias camadas contendo uma pluralidade de camadas de polímero e/ou de barreira. Essas construções de filme podem ser referidas como filmes laminados de barreira coextrudada. Um exemplo de um filme laminado de barreira coextrudada comercial de utilidade na presente invenção pode ser a 3M Scotchpak® 1109 de suporte, que é constituída por uma rede carreadora de PET, uma camada de barreira de alumínio depositada a vapor e uma camada de polietileno com uma espessura de filme média total de 33 mícrons. Vários outros filmes de barreira multicamadas semelhantes podem estar disponíveis e podem ser usados nos exemplos alternativos da presente invenção.

[00115] Em construções de designs compreendendo um PSA, a aspereza da superfície da camada da embalagem pode ser de particular importância, porque também pode ser necessário que o PSA vede lados opostos da embalagem. A aspereza superficial pode resultar de processos utilizados na produção de papel de laminado e filme, por exemplo, os processos empregando rolamento, extrusão, estampagem e/ou calendarização, entre outros. Se a superfície for muito áspera, o PSA pode não ser capaz de ser aplicado com uma espessura uniforme, quando a espessura desejada de PSA pode ser da ordem da aspereza da superfície Ra. Além disso, o PSA pode não vedar adequadamente contra uma face oposta se a face oposta tiver aspereza que pode ser da ordem da espessura da camada de PSA. Na presente descrição, os materiais de embalagem que tem uma aspereza superficial, Ra, inferior a 10 mícrons podem ser exemplos aceitáveis. Em alguns exemplos, os valores de aspereza superficial podem ser de 5 mícrons ou menos. E, ainda em outros exemplos, a aspereza da superfície pode ser de 1 mícron ou menos. Valores de aspereza de superfície podem ser medidos por uma variedade de métodos, incluindo, dentre outros, técnicas de medição, como interferometria de luz branca, caneta de perfilometria e semelhantes. Pode haver muitos exemplos na arte da metrologia de superfície em que a aspereza da superfície pode ser descrita por uma série de parâmetros alternativos e que a aspereza média da superfície, Ra, valores aqui discutidos, pode ser representativa dos tipos de características inerentes nos processos de fabricação supracitados. Coletores de corrente e eletrodos [00116] Em alguns exemplos de células de zinco-carbono e Leclanché, o coletor de corrente do catodo pode ser uma haste de carbono sinterizada. Esse tipo de material pode enfrentar problemas técnicos de células eletroquímicas finas da presente descrição. Em alguns exemplos, as tintas impressas de carbono podem ser usadas em células eletroquímicas finas para substituir a haste de carbono sinterizada do coletor de corrente do catodo, e nestes exemplos, o dispositivo resultante pode ser formado sem danos significativos para a célula eletroquímica resultante. Tipicamente, a referida tinta de carbono pode ser aplicada diretamente aos materiais de embalagem que podem ser formados por filmes poliméricos ou, em alguns casos, laminados metálicos. Nos exemplos em que o filme da embalagem pode ser um laminado metálico, a tinta de carbono pode ter de proteger o laminado metálico subjacente da degradação e/ou corrosão química pelo eletrólito. Além disso, nestes exemplos, o coletor de corrente de tinta de carbono pode ter de proporcionar condutividade elétrica do interior da célula eletroquímica para o exterior da célula eletroquímica, o que implica vedação em torno ou através da tinta de carbono. Devido à natureza porosa das tintas de carbono, isto pode não ser facilmente realizado sem desafios significativos. Tintas de carbono também podem ser aplicadas em camadas que tenham espessura finita e relativamente pequenas, por exemplo, 10 a 20 mícrons. Em um design de célula eletroquímica fina em que a espessura total da embalagem interna pode ser de apenas 100 a 150 mícrons, a espessura de uma camada de tinta de carbono pode ocupar uma fração significativa do volume interno total da célula eletroquímica, impactando negativamente o desempenho elétrico da célula. Além disso, a natureza fina da batería global e do coletor de corrente, em especial, pode implicar em uma pequena área de seção transversal para o coletor de corrente. Dado que a resistência de um traço aumenta com o comprimento do traço e diminui com o corte transversal, pode haver uma troca direta entre a espessura e resistência do coletor de corrente. A resistividade a granel da tinta de carbono pode ser insuficiente para cumprir a exigência de resistência das baterias finas. Tintas preenchidas com prata ou outros metais condutores também podem ser consideradas como diminuidoras da resistência e/ou espessura, mas elas podem introduzir novos desafios como a incompatibilidade com novos eletrólitos. Considerando esses fatores, em alguns exemplos, pode ser desejável realizar as células eletroquímicas finas, eficientes e de alto desempenho da presente descrição através da utilização de um laminado metálico fino, como o coletor de corrente, ou aplicação de um filme metálico fino com uma camada de acondicionamento de polímero subjacente para atuar como coletor de corrente. Esses laminados metálicos podem ter uma resistividade significativamente menor, permitindo-lhes atender aos requisitos de resistência elétrica com muito menos espessura que as tintas de carbono impressas.

[00117] Em alguns exemplos, uma ou mais das camadas do topo e/ou fundo da embalagem podem servir como um substrato para o metal do coletor de corrente bombardeado com íons ou pilha de metal. Por exemplo, Scotchpak 3M 1109 de suporte pode ser metalizada com deposição física de vapor (PVD) de uma ou mais camadas metálicas úteis como um coletor de corrente para um catodo. Exemplos de pilhas de metal úteis como coletores de corrente de catodo podem ser as camadas de adesão de Ti-W (titânio-tungstênio) e as camadas de condutor de Ti (titânio). Exemplos de pilhas de metal úteis como coletores de corrente de anodo podem ser as camadas de adesão de Ti-W, as camadas condutoras de Au (Ouro) e as camadas de deposição de In (índio). A espessura das camadas de PVD deve ser preferencialmente inferior a 500 nm no total. Se forem utilizadas múltiplas camadas de metais, pode ser necessário que as propriedades eletroquímicas e de barreira sejam compatíveis com a batería. Por exemplo, o cobre pode ser eletrodepositado no topo de uma camada semeadora para fazer crescer uma camada espessa de condutor. As camadas adicionais podem ser chapeadas sobre o cobre. No entanto, o cobre pode ser eletroquimicamente incompatível com determinados eletrólitos, principalmente na presença de zinco. Consequentemente, se o cobre for utilizado como uma camada na batería, talvez seja preciso ser suficientemente isolado do eletrólito da batería. Alternativamente, o cobre pode ser excluído ou substituído por outro metal.

[00118] Em outros exemplos, os laminados do topo e/ou fundo da embalagem também podem funcionar como coletores de corrente. Por exemplo, um laminado de latão de 25 mícrons pode ser útil como um coletor de corrente de anodo para um anodo de zinco. O laminado de latão pode ser opcionalmente galvanizado com índio antes da galvanoplastia com zinco. Na modalidade preferencial, laminados da embalagem coletora de corrente de catodo podem compreender laminados de titânio, laminados Hastelloy C-276, laminados de crômio e/ou laminados de tântalo. Em certos designs, um ou mais laminados da embalagem podem ser de corte fino, em relevo, gravados, texturizados, cortados a laser ou de outra maneira processados para terem uma forma, aspereza de superfície e/ou geometria desejáveis para a embalagem final das células.

Anodo e inibidores de corrosão do anodo [00119] O anodo da batería laminar desta invenção pode ter, preferencial mente, zinco. Em baterias de zinco-carbono tradicionais, um anodo de zinco pode assumir a forma física de uma lata na qual o conteúdo da célula eletroquímica pode ser contida. Para a batería da presente descrição, uma lata de zinco é um exemplo, mas pode haver outras formas físicas de zinco que podem ajudar a fornecer modelos de bateria desejáveis e ultrapequenos.

[00120] O zinco galvanizado pode ter exemplos de uso em várias indústrias, por exemplo, para o revestimento protetor ou estético de peças de metal. Em alguns exemplos, o zinco galvanizado pode ser usado para formar anodos finos e conformados que sejam úteis para baterias da presente invenção. Além disso, o zinco galvanizado pode ser modelado em configurações aparentemente intermináveis, dependendo da intenção do projeto. Um meio fácil para padronização de zinco galvanizado pode ser o processamento com o uso de uma fotomáscara ou uma máscara física. Uma máscara de plaqueamento pode ser fabricada através de várias abordagens. Uma abordagem pode ser usando uma fotomáscara. Nestes exemplos, uma resina fotorresistente pode ser aplicada a um substrato condutor, o substrato sobre o qual o zinco pode ser subsequentemente folheado. O padrão de plaqueamento desejado pode ser, então, projetado na fotorresistência através de uma fotomáscara, causando, assim, um amadurecimento de áreas selecionadas da fotorresistência. Uma resina fotorresistente não curada pode então ser removida com técnicas de solventes e de limpeza adequadas. O resultado pode ser uma área modelada de material condutor que pode receber um tratamento de zinco galvanizado. Embora este método possa proporcionar benefícios para a forma ou desenho do zinco a ser folheado, a abordagem pode exigir a utilização de materiais fotomarcáveis disponíveis, que podem ter propriedades limitadas à construção global da embalagem da célula. Consequentemente, métodos novos e inovadores para modelação de zinco podem ser necessários para a concepção de alguns modelos de microbaterias finas da presente descrição.

[00121] Uma forma alternativa de modelação de anodos de zinco pode ser por meio de uma aplicação de máscara física. Uma máscara física pode ser feita cortando aberturas desejáveis em um filme com uma barreira desejável e/ou propriedades de embalagem. Adicionalmente, o filme pode ter um adesivo sensível à pressão aplicado a um ou a ambos os lados. Finalmente, o filme pode ter revestimentos de liberação de proteção aplicados a um ou ambos os adesivos. O revestimento de liberação pode servir o duplo objetivo de proteger o adesivo durante o corte de abertura e proteger o adesivo durante os passos de processamento específicos de montagem da célula eletroquímica, especificamente o passo de enchimento do catodo, descritos na seguinte descrição. Em alguns exemplos, uma máscara de zinco pode compreender um filme de PET de cerca de 100 mícrons de espessura para o qual um adesivo sensível à pressão pode ser aplicado em ambos os lados com uma espessura de camada de cerca de 10-20 mícrons. Ambas as camadas de PSA podem ser cobertas por um filme de liberação de PET, que pode ter um tratamento de superfície de baixa energia de superfície, e pode ter uma espessura aproximada de 50 mícrons. Nestes exemplos, a máscara de zinco multicamadas pode compreender o filme de PSA e de PET. Filmes de PET e os construtos da máscara de zinco de PET/PSA da forma descrita neste documento podem ser desejavelmente processados com equipamentos de microusinagem de laser de nanossegundos de precisão, como uma estação de trabalho de laser de microusinagem Oxford Lasers E-Series, para criar aberturas ultraprecisas na máscara para facilitar o folheamento. Em essência, depois que a máscara de zinco é fabricada, um lado do revestimento de liberação pode ser removido e a máscara com aberturas pode ser laminada no coletor de corrente do anodo e/ou filme/folha de embalagem do lado do anodo. Desta maneira, o PSA cria uma vedação nas extremidades internas das aberturas, facilitando o mascaramento limpo e preciso do zinco durante a galvanização.

[00122] A máscara de zinco pode ser colocada e, em seguida, a galvanoplastia de um ou vários materiais metálicos pode ser realizada. Em alguns exemplos, o zinco pode ser galvanizado diretamente em uma folha do coletor de corrente de anodo eletroquimicamente compatível, tal como latão. Em exemplos de designs alternativos, quando a embalagem do lado do anodo engloba um filme de polímero ou filme multicamadas de polímero sobre a qual a metalização via semente tenha sido aplicada, zinco e/ou as soluções para plaqueamento usadas para a deposição de zinco, podem não ser quimicamente compatíveis com a metalização via semente subjacente. Manifestações de falta de compatibilidade podem incluir craqueamento, corrosão e/ou evolução exacerbada de H2 do filme ao entrar em contato com o eletrólito da célula. Nesse caso, os metais adicionais podem ser aplicados no metal semeador para afetar a melhoria da compatibilidade química global do sistema. Um metal que pode ter uma utilidade particular em construções de células eletroquímicas pode ser o índio. índio pode ser amplamente utilizado como um agente de liga de zinco de grau de bateria e sua função principal é proporcionar uma propriedade anticorrosão ao zinco na presença de eletrólito. Em alguns exemplos, o índio pode ser depositado com sucesso em várias metalizações via sementes, tais como Ti-W e Au. Filmes resultantes de 1-3 mícrons de índio nas camadas de metalização via sementes referidas podem apresentar baixa tensão e ser aderentes. Deste modo, o filme da embalagem do lado do anodo e o coletor de corrente conectado com uma camada superior de índio pode ser conformável e durável. Em alguns exemplos, pode ser possível depositar zinco sobre uma superfície tratada com índio, o depósito resultante pode ser bastante não uniforme e nodular. Este efeito pode ocorrer em configurações de baixa densidade de corrente, por exemplo, a 20 ampères por pé quadrado (ASF). Como visto sob microscópio, nódulos de zinco podem ser observados formarem sobre o depósito de índio liso subjacente. Em certos designs de células eletroquímicas, o espaço vertical permitido para a camada de anodo de zinco pode ser de até 5-10 mícrons no máximo, mas, em alguns exemplos, densidades de corrente mais baixas podem ser usadas para o plaqueamento de zinco e os crescimentos nodulares resultantes podem ficar mais altos do que o espaço vertical máximo permitido. Pode ser que o crescimento de zinco nodular derive de uma combinação do alto sobrepotencial de índio e a presença de uma camada de óxido de índio.

[00123] Em alguns exemplos, o plaqueamento CC de densidade de corrente mais alta pode superar os padrões de crescimento nodular relativamente grandes do zinco em superfícies de índio. Por exemplo, condições de plaqueamento de 100 ASF podem resultar em zinco nodular, mas o tamanho dos nódulos de zinco pode ser drasticamente reduzido em comparação com as condições de plaqueamento de 20 ASF. Além disso, o número de nódulos pode ser muito maior com condições de plaqueamento inferiores a 100 ASF. O filme de zinco resultante pode, em última análise, se fundir em uma camada mais ou menos uniforme, com apenas alguma característica residual de crescimento nodular e que atenda ao limite de espaço vertical de cerca de 5-10 mícrons.

[00124] Um benefício adicional de índio na célula eletroquímica pode ser a redução de hidrogênio gasoso, que pode ser um processo lento que ocorre em células eletroquímicas aquosas contendo zinco. O índio pode ser beneficamente aplicado a um ou mais coletores de corrente do anodo, ao anodo em si e também como um componente de liga cofolheada ou como um revestimento de superfície sobre o zinco galvanizado. Em último caso, os revestimentos de superfície de índio podem ser desejavelmente aplicados no local por meio de um aditivo de eletrólito, como tricloreto de índio ou acetato de índio. Quando esses aditivos podem ser adicionados ao eletrólito em pequenas concentrações, o índio pode folhear espontaneamente superfícies expostas de zinco, bem como partes expostas do coletor de corrente do anodo.

[00125] Zinco e outros anodos similares comumente usados em baterias comerciais principais são tipicamente encontrados em formas de folha, hastes e pasta. O anodo de uma bateria biocompatível miniatura pode ser de forma semelhante, por exemplo, laminado fina, ou podem ser plaqueados como mencionado anteriormente. As propriedades deste anodo podem diferir significativamente das baterias existentes, por exemplo, por causa de diferenças de contaminantes ou acabamento de superfície atribuídos aos processos de usinagem e plaqueamento. Por conseguinte, os eletrodos e o eletrólito podem exigir uma engenharia especial para atender requisitos de capacidade, impedância e de duração de vida útil. Por exemplo, parâmetros de processo de plaqueamento especiais, composição do banho de plaqueamento, tratamento de superfície e composição do eletrólito podem ser necessários para otimizar o desempenho do eletrodo.

Mistura do catodo [00126] Pode haver diversas misturas químicas de catodos que podem ser consistentes com os conceitos da presente descrição. Em alguns exemplos, uma mistura para catodo, que pode ser um termo para uma formulação química utilizada para formar um catodo da bateria, pode ser aplicada como uma pasta ou pasta fluida e pode compreender o dióxido de manganês, alguma forma de carbono condutor, tal como fuligem ou grafite, e outros componentes opcionais. Em alguns exemplos, estes componentes opcionais podem compreender um ou mais aglutinantes, sais de eletrólitos, inibidores de corrosão, água ou outros solventes, agentes tensoativos, modificadores de reologia e outros aditivos condutores, tais como polímeros condutores. Uma vez formulada e adequadamente misturada, a mistura para catodo pode ter uma reologia desejável que permite que ela seja aplicada sobre as partes desejadas do separador e/ou o coletor de corrente de catodo, ou empurrada a rodo através de uma tela de estêncil ou de modo semelhante. Em alguns exemplos, a mistura para catodo pode ser seca antes dos passos posteriores de montagem da célula, enquanto em outros exemplos, o catodo pode conter alguns ou todos os componentes eletrólitos e só pode ser parcialmente seco até um teor de umidade selecionado.

[00127] O dióxido de manganês, que pode ser usado na mistura para catodo, pode ser preferencialmente o dióxido de manganês eletrolítico (DME), devido à capacidade de energia adicional benéfica que este tipo de dióxido de manganês fornece com relação às outras formas, tal como o dióxido de manganês natural ou dióxido de manganês químico. Além disso, o DME útil em baterias da presente invenção pode precisar ter um tamanho de partícula e distribuição de tamanho de partícula que possa ser propício à formação das misturas de pastas/pastas aquosas do catodo depositáveis e imprimíveis. Especificamente, o DME pode ser processado para remover componentes particulados significativamente grandes que podem ser considerados grandes em relação a outras características, tais como as dimensões internas da bateria, espessuras de separação, diâmetros das pontas dispersoras, tamanhos abertura do estêncil ou tamanhos de malha ou tela. Em alguns exemplos, o DME pode ter um tamanho médio de partícula de 7 mícrons, com um teor de partículas grande que pode conter partículas de até cerca de 70 mícrons. Em exemplos alternativos, o DME pode ser peneirado, moído mais ainda, ou de outra forma separado ou processado para limitar o grande teor de partículas abaixo de um certo limiar, por exemplo, 25 mícrons ou menores. Um processo útil para a redução do tamanho de partícula de DME pode ser a moagem a jato, em que partículas de sub-mícrons podem ser obtidas. Outros processos úteis para a redução do tamanho de partículas grandes podem incluir moagem com esferas ou moagem de 3 rolos da pasta da mistura para catodo antes da utilização.

[00128] Um aspecto crítico da pasta da mistura para catodo pode ser o aglutinante polimérico. O aglutinante pode servir várias funções na pasta da mistura para catodo. A função principal do aglutinante pode ser a de criar uma rede elétrica suficiente entre partículas, entre as partículas de EMD e as partículas de carbono. A função secundária do aglutinante pode ser a de facilitar o contato elétrico com o coletor de corrente de catodo. A terceira função do aglutinante pode ser influenciar as propriedades reológicas da pasta da mistura para catodo para obter uma distribuição e/ou estêncil/triagem vantajosos. Ainda assim, uma quarta função do aglutinante pode ser a de melhorar a absorção e distribuição de eletrólitos dentro do catodo. A escolha do polímero aglutinante, bem como a quantidade específica a ser utilizada, pode ser crítica para a função benéfica de catodo na célula eletroquímica da presente invenção. Se o polímero aglutinante é muito solúvel no eletrólito a ser utilizado, em seguida, a função primária do aglutinante, a continuidade elétrica, pode ser drasticamente impactada até ao ponto de não funcionalidade da célula. Pelo contrário, se o aglutinante de polímero é insolúvel no eletrólito a ser utilizado, as partes de EMD podem ser ionicamente isoladas do eletrólito, o que resulta no desempenho diminuído da célula, capacidade reduzida, menor tensão de circuito aberto, e/ou aumento da resistência interna. No final, a escolha do polímero aglutinante e a quantidade a ser utilizada pode ser um ato de equilíbrio cuidadoso que pode necessitar ser determinado por experimentação cuidadosa, em alguns exemplos, utilizando a abordagem de "design de experimentos". Exemplos de polímeros aglutinantes úteis para a presente invenção incluem polivinilpirrolidona, poliisobutileno, copolímeros de triblocos de borracha compreendendo blocos terminais de estireno, tais como os fabricados pela Kraton Polymers, estireno-butadieno, copolímeros em bloco de látex ácido poliacrílico, hidroxietilcelulose, carboximetilceluiose, entre outros.

[00129] O catodo também pode compreender o dióxido de prata ou de óxi-hidróxido de níquel, entre outros materiais possíveis. Esses materiais podem oferecer uma maior capacidade e menor diminuição da tensão em carga durante a descarga em relação ao dióxido de manganês, ambas propriedades desejáveis em uma bateria. Baterias com base nesses catodos podem ter exemplos atuais presentes na indústria e na literatura. Uma microbateria nova utilizando um dióxido de catodo de prata pode incluir um eletrólito biocompatível, por exemplo, um que compreenda cloreto de zinco e/ou de cloreto de amônio em vez de hidróxido de potássio.

Arquitetura e fabricação da batería [00130] A arquitetura da bateria e a tecnologia de fabricação podem estar intimamente ligadas. Como já foi discutido nas seções anteriores da especificação, a bateria tem os seguintes elementos: catodo, anodo, separador, eletrólito, coletor de corrente do catodo, coletor de corrente do anodo e embalagem. O design inteligente pode tentar combinar estes elementos em subconjuntos fáceis de fabricar. Em outros exemplos, o design otimizado pode ter componentes de dupla utilização, tal como usar um pacote de metal para ser usado também como um coletor de corrente. Do ponto de vista do volume e espessura relativos, estes elementos podem ter quase todos o mesmo volume, exceto o catodo. Em alguns exemplos, o sistema eletroquímico pode exigir cerca de duas (2) a dez (10) vezes o volume de catodo em comparação ao de anodo devido a diferenças significativas na densidade mecânica, densidade de energia, eficiência de descarga, pureza do material, e presença de agentes de aglutinação, agentes de enchimento e agentes condutivos. Nestes exemplos, a dimensão relativa dos vários componentes pode ser aproximada nas seguintes espessuras dos elementos: Coletor de Corrente de Anodo = 1 pm; Coletor de Corrente de Catodo = 1 pm; Eletrólito = líquido intersticial (efetivamente 0 pm); Separador = tão fino ou grosso como desejado onde a espessura máxima prevista pode ser aproximadamente 15 pm; Anodo = 5 pm; e o Catodo = 50 pm. Para estes exemplos de elementos da embalagem necessários para proporcionar proteção suficiente para manter a química da bateria em ambientes de utilização, eles podem ter uma espessura máxima prevista de aproximadamente 50 pm.

[00131] Em alguns exemplos, os quais podem ser fundamentalmente diferentes de grandes construções prismáticas, como formas cilíndricas ou retangulares, e que podem ser diferentes da construção de estado sólido baseada na pastilha, tais exemplos podem assumir uma construção do tipo "bolsa", usando teias ou folhas fabricadas em várias configurações, com elementos da bateria arrumados no interior. A contenção pode ter um filme ou dois filmes dobrados em cima do outro lado, de qualquer das configurações que podem formar duas superfícies mais ou menos planas, que podem ser em seguida seladas no perímetro de modo a formar um recipiente. Este fator de forma fina, mas larga pode tornar os elementos das baterias finos e largos. Além disso, estes exemplos podem ser adequados para aplicação por meio de revestimento, impressão por gravura, impressão serigráfica, bombardeamento iônico ou outra tecnologia de fabricação semelhante.

[00132] Pode haver numerosos arranjos dos componentes internos, tais como o anodo, separador e catodo e, nestes exemplos de baterias do tipo "bolsas" com o fator de forma fina, mas larga. Dentro da região fechada formada pelos dois filmes, estes elementos básicos podem ser "coplanares," ou seja, estão lado-a-lado no mesmo plano, ou "cofacial", que podem estar face-a-face em planos opostos. No arranjo coplanar, o anodo, o separador e o catodo podem ser depositados sobre a mesma superfície. Para o arranjo cofacial, o anodo pode ser depositado sobre a superfície-1, o catodo pode ser depositado sobre a superfície-2 e o separador pode ser colocado entre os dois, depositado sobre um dos lados ou inserido como seu próprio elemento distinto.

[00133] Um outro tipo de exemplo pode ser classificado como conjunto laminado, que pode envolver a utilização de filmes, ou em uma forma de uma rede ou folha, para construir uma bateria camada por camada. Folhas podem ser conectadas uma à outra usando adesivos, como adesivos sensíveis à pressão, adesivos ativados termicamente, ou adesivos à base de reação química. Em alguns exemplos, as folhas podem ser coladas por meio de técnicas como soldadura térmica, soldadura por ultrassom e soldaduras similares. Folhas podem prestar-se a práticas padrão da indústria como montagem de rolo-a-rolo (R2R), ou de folha a folha. Como indicado anteriormente, um volume interno para o catodo pode precisar ser substancialmente maior do que os outros elementos ativos na bateria. Grande parte de uma construção da bateria pode ter que criar o espaço deste material do catodo, e apoiá-lo na migração durante a flexão da bateria. Outra parte da construção da bateria que pode consumir partes significativas da espessura permitida pode ser o material de separação. Em alguns exemplos, uma forma de folha de separador pode criar uma solução vantajosa para o processamento de laminado. Em outros exemplos, o separador pode ser formado por dispersão do material de hidrogel em uma camada para atuar como separador.

[00134] Nestes exemplos de montagem de baterias laminadas, o produto formador pode ter uma folha de anodo, o que pode ser uma combinação de uma camada de embalagem e um coletor de corrente do anodo, também como substrato para a camada do anodo. O produto formador também pode ter uma folha separadora opcional do espaçador, uma folha separadora do catodo, e uma folha do catodo. A folha do catodo pode ser uma combinação de uma camada de embalagem e uma camada do coletor de corrente do catodo.

[00135] O contato íntimo entre os eletrodos e os coletores de corrente é de importância fundamental para a redução da impedância e aumento da capacidade de descarga. Se partes do eletrodo não estão em contato com o coletor de corrente, a resistência pode aumentar uma vez que a condutividade está, em seguida, através do eletrodo (tipicamente menos condutor do que o coletor de corrente) ou uma parte do eletrodo, pode tornar-se totalmente desconectada. Na célula em forma de moeda e baterias cilíndricas, a intimidade é realizada com a força mecânica para cravar a lata, preencher com pasta uma lata, ou por meios semelhantes. Anilhas curvadas ou molas semelhantes são usadas em células comerciais para manter a força de dentro da bateria; no entanto, isto aumentaria a espessura total de uma bateria em miniatura. Em baterias de emplastro típicas, um separador pode ser saturado em eletrólito, colocado entre os eletrodos, e pressionado pela embalagem externa. Em uma bateria laminar cofacial existem vários métodos para aumentar a intimidade do eletrodo. O anodo pode ser revestido diretamente sobre o coletor de corrente em vez de usar uma pasta. Este processo resulta inerentemente em um nível elevado de intimidade e condutividade. O catodo; no entanto, é tipicamente uma pasta. Embora o material aglutinante presente na pasta de catodo possa fornecer a adesão e a coesão, pode ser necessária uma pressão mecânica para assegurar que a pasta do catodo se mantenha em contato com o coletor de corrente de catodo. Isto pode ser especificamente importante quando a embalagem for flexionada e a bateria ficar velha e descarregar, por exemplo, quando a umidade sai da embalagem através de vedações finas e pequenas. A compressão do catodo pode ser realizada na bateria laminar e cofacial através da introdução de um separador e/ou eletrólito compatível entre o anodo e catodo. Um separador de eletrólito em gel ou hidrogel, por exemplo, pode comprimir sobre o conjunto e não simplesmente gastar a bateria, como um eletrólito faria. Uma vez que a bateria esteja vedada, o eletrólito e/ou separador podem então empurrar contra o catodo. Um passo de estampagem pode ser efetuado após a montagem da pilha laminar, introduzindo compressão à pilha.

Processamentos exemplificadores ilustrados dos elementos de enerqizacão biocompatíveis - separador colocado [00136] Um exemplo das etapas que podem estar envolvidas no processamento de elementos de energização biocompatíveis pode ser encontrado com referência às Figuras 4A - 4N. O processamento em algumas etapas exemplificadoras pode ser encontrado nas figuras individuais. Na Figura 4A, a combinação de um Espaçador de Catodo de PET 401 e um Espaçador de Vão de PET 404 pode ser ilustrada. O Espaçador de Catodo de PET 401 pode ser formado através da aplicação de filmes de PET 403 que, por exemplo, podem ter mais ou menos 0,08 mm (3 mils) de espessura. Em ambos os lados da camada de PET podem ser encontradas camadas de PSA, ou estas camadas podem estar cobertas por uma camada de liberação de fluoreto de polivinilideno (PVDF) 402, que pode ter em torno de 0,03 mm (1 mil) de espessura. O Espaçador de Vão de PET 404 pode ser formado de uma camada de PVDF 409 que pode ter cerca de 0,08 mm (3 mils) de espessura. Pode haver uma camada de PET de nivelamento 405, que pode ter cerca de 0,01 mm (0,5 mil) em espessura. Entre a camada de PVDF 409 e a camada de PET de nivelamento 405, em alguns exemplos, pode haver uma camada de PSA.

[00137] Procedendo à Figura 4B, um furo 406 na camada de espaçador de Vão pode ser cortado por meio de tratamento de corte a laser. A seguir, na Figura 4C, a camada de espaçador de vão de PET cortada pode ser laminada 408 na Camada de Espaçador de Catodo de PET. Procedendo à Figura 4D, um furo no espaçador de catodo 410 pode ser cortado por tratamento de corte a laser. O alinhamento desta etapa de corte pode ser registrado com as características prévias de corte na Camada de Espaçador de Vão de PET. Na Figura 4E, uma camada de Celgard 412, para uma camada de separação final, pode ser ligada a um veículo 411. Procedendo à Figura 4F, o material Celgard pode ser cortado para tamanhos que se situem entre o tamanho dos dois furos de corte a laser anteriores, e, aproximadamente, o tamanho do intervalo de furo do espaçador de vão de PET, formando um separador pré-cortado 420. Procedendo à Figura 4G, uma ferramenta 421 de preensão e colocação pode ser usada para escolher e colocar as peças discretas de Celgard nos seus locais desejados sobre o dispositivo de crescimento. Na Figura 4H, as peças Celgard colocadas 422 são fixadas em seus lugares e, em seguida, a camada de liberação de PVDF 423 pode ser removida. Procedendo à Figura 4I, a estrutura do dispositivo crescente pode ser ligada ao filme de anodo 425. O anodo pode ser constituído de um filme coletor de anodo sobre a qual um filme de anodo de zinco foi colocado para eletrodeposição.

[00138] Procedendo à Figura 4J, a pasta fluida para catodo 430 pode ser colocada no vão formado. O rodo 431 pode ser usado em alguns exemplos para espalhar a mistura para catodo através de uma peça de trabalho e, no processo, preencher os vãos dos dispositivos de batería a serem formados. Após o preenchimento, a camada de liberação de PVDF remanescente 432 pode ser removida, o que pode resultar na estrutura ilustrada na Figura 4K. Na Figura 4L toda a estrutura pode ser submetida a um processo de secagem que pode encolher a pasta fluida para catodo 440 até a altura do topo da camada de PET. Procedendo à Figura 4M, uma camada de filme de catodo 450, que pode já ter o filme do coletor de catodo sobre ela, pode ser ligada à estrutura de crescimento. Na ilustração final Figura 4N, um processo de corte por laser pode ser realizado para remover as regiões laterais 460 e produzir um elemento de bateria 470. Pode haver várias alterações, deleções, mudanças de materiais e metas de espessura que podem ser úteis dentro da intenção da presente descrição.

[00139] O resultado do processamento exemplar pode ser descrito com algum pormenor na Figura 5. Em um exemplo, podem ser definidas as seguintes características de referência. A química do Catodo 510 pode ser localizada no contato com o catodo e o coletor do catodo 520. Uma camada adesiva sensível à pressão 530 pode conter e vedar o coletor de catodo 520 em uma camada de PET espaçadora 540. Do outro lado da camada de PET espaçadora 540, pode haver outra camada de PSA 550, que veda e adere a camada de PET espaçadora 540 com a camada de vão de PET 560. Outra camada PSA 565 pode vedar e aderir a camada de vão PET 560 às camadas do coletor de anodo e catodo atuais. Uma camada de Zinco Folheado 570 pode ser revestida sobre o coletor de corrente do anodo. A camada separadora 590 pode estar localizada no interior da estrutura para executar as funções associadas, conforme foram definidas na presente descrição. Em alguns exemplos, um eletrólito pode ser adicionado durante o processamento do dispositivo e, em outros exemplos, o separador pode compreender o eletrólito.

Ilustração do processamento exemplificador de elementos de enerqizacão biocompatíveis - separador depositado [00140] Um exemplo das etapas que podem estar envolvidas no processamento de elementos de energização biocompatíveis pode ser encontrado com referência às Figuras 6A - 6H. O processamento em algumas etapas exemplificadoras pode ser encontrado nas figuras individuais. Pode haver várias alterações, deleções, mudanças de materiais e metas de espessura que podem ser úteis dentro da intenção da presente descrição.

[00141] Na Figura 6A, o construto laminar 600 pode ser ilustrado. A estrutura laminar pode ser compreendida de duas camadas construtas laminares de liberação 602 e 602a, uma camada em cada extremidade; duas camadas construtas adesivas laminares 604 e 604a, localizadas entre as camadas construtas laminares de liberação 602 e 602A; e um núcleo construto laminar 606, localizado entre as duas camadas construtas adesivas laminares 604 e 604a. As camadas construtas laminares de liberação 602 e 602a e as camadas adesivas 604 e 604a podem ser produzidas ou adquiridas, como a fita de transferência adesiva sensível à pressão, disponível comercialmente, com a camada de revestimento primário. As camadas construtas laminares adesivas 604 podem ser uma camada de PVDF com aproximadamente 1-3 milímetros de espessura e tampar o núcleo construto laminar 606. O núcleo construto laminar 606 pode compreender uma resina de polímero termoplástica, tal como tereftalato de polietileno, que, por exemplo, pode ter cerca de 3 milímetros de espessura. Procedendo à Figura 6B, um orifício para o bolso do catodo 608 pode ser cortado na construção laminar, por meio de tratamento de corte a laser. Esta pode formar uma camada de espaçador de catodo.

[00142] Em seguida, na Figura 6C, a camada construía laminar inferior de liberação 602 pode ser removida da construção laminar, expondo a camada construta de adesivo laminar 604. A camada construía de adesivo laminar 604 pode, então, ser utilizada para fins de aderência a uma conexão de anodo de folha de metal 610 para cobrir a abertura do fundo do bolso do catodo 608. Procedendo à Figura 6D, a conexão do anodo de folha de metal 610 pode ser protegida na camada inferior exposta, aderindo uma camada de máscara 612. A camada de máscara 612 pode ser uma fita de transferência de PSA, comercialmente disponível, com um revestimento primário. Em seguida, na Figura 6E, o anodo de folha de conexão 610 pode ser galvanizado com um metal coerente 614, de zinco, por exemplo, que reveste a parte exposta da folha de conexão do anodo 610 para dentro do bolso de catodo. Prosseguindo para o 6F, a camada de máscara 612 é removida do fundo do laminado de ligação do anodo 610 depois da galvanoplastia. Em alguns exemplos, a serem discutidos em uma seção posterior, os materiais podem ser revestidos no interior de cavidades que não sejam de metais, tais como depósitos de grafite, grafite intercalado com metais ou camadas semicondutoras.

[00143] As Figuras 7A a 7F podem ilustrar um modo alternativo de processamento dos passos 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 ser compreendida de duas camadas construtas laminares de liberação 702 e 702a, uma camada em cada extremidade; duas camadas construtas adesivas laminares 704 e 704a, localizadas entre as camadas construtas laminares de liberação 702 e 602A; e um núcleo construto laminar 706, localizado entre as duas camadas construtas adesivas laminares 704 e 704a. As camadas construtas laminares de liberação e as camadas adesivas podem ser produzidas ou adquiridas, tais como uma fita de transferência adesiva sensível à pressão com a camada de revestimento primário. As camadas construtas laminares adesivas podem ser uma camada de polivinilideno (PVDF) que pode ter, aproximadamente, 1-3 milímetros de espessura e tampar o núcleo construto laminar 706. O núcleo construto laminar 706 pode compreender uma resina de polímero termoplástica, tal como tereftalato de polietileno, que, por exemplo, pode ser cerca de 3 milímetros de espessura. Procedendo à Figura 7B, uma cavidade para o bolso do catodo 708 pode ser cortada no construto laminar por meio de tratamento de corte a laser. Na Figura 7C, o anodo da lâmina de conexão 710 pode ser obtido e uma camada de máscara de proteção 712 aplicada a um lado. Em seguida, na Figura 7D, o anodo da folha de conexão 710 pode ser galvanizado com uma camada 714 de um metal coerente, por exemplo, zinco. Procedendo à Figura 7E, as construções laminares das Figuras 7B e 7D podem ser combinadas para formar uma nova construção laminar como representada na Figura 7E, pela adesão da Figura 7B na camada galvanizada 714 da Figura 7D. A camada de liberação 702a da Figura 7B pode ser removida de modo a expor a camada de adesivo 704a da Figura 7B para a adesão na camada galvanizada 714 da Figura 7D. Prosseguindo para a Figura 7F, a camada de máscara protetora 712 pode ser removida do fundo da folha de ligação do anodo 710.

[00144] As Figuras 8A - 8H pode ilustrar a aplicação de elementos de energização em uma estrutura laminar biocompatível, que por vezes é referida como um conjunto laminar ou uma montagem de laminado aqui, semelhante a, por exemplo, o ilustrado nas Figuras 6A -6F e 7A - 7F. Procedendo à Figura 8A, uma mistura precursora de separador de hidrogel 820 pode ser depositada sobre a superfície do conjunto laminado. Em alguns exemplos, conforme mostrados, a mistura precursora de separador de hidrogel 820 pode ser aplicada sobre uma camada de liberação 802. Em seguida, na Figura 8B, a mistura precursora de separador de hidrogel 820 pode ser forçada com o rodo para dentro 850 do bolso de catodo, enquanto sai completamente da camada de liberação 802. O termo "passar o rodo" pode referir-se em geral ao uso de uma ferramenta de raspagem ou de planarização para passar em toda a superfície e mover o material fluido sobre a superfície e para dentro das cavidades, se existirem. O processo de passar o rodo pode ser realizado por um equipamento semelhante ao dispositivo "rodo" da língua vulgar ou, de maneira alternativa, um dispositivo de aplanar, tais como arestas de corte, as arestas de barbear e semelhantes, que pode ser feito de vários materiais que sejam quimicamente compatíveis com o material a ser movido.

[00145] O processamento representado na Figura 8B pode ser realizado várias vezes para assegurar o revestimento do bolso de catodo e incrementar a espessura das características resultantes. Em seguida, na Figura 8C, a mistura precursora de hidrogel do separador pode ser deixada a secar, a fim de evaporar os materiais, que podem ser tipicamente solventes ou diluentes de vários tipos, a partir da mistura precursora de hidrogel do separador; em seguida, os materiais dispensados e aplicados podem ser curados. Pode ser possível repetir ambos os processos descritos na Figura 8B e Figura 8C em combinação, em alguns exemplos. Em alguns exemplos, a mistura precursora do separador de hidrogel pode ser curada por exposição ao calor, enquanto em outros exemplos a cura pode ser realizada por exposição à energia de fótons. Há ainda outros exemplos em que a cura pode envolver tanto a exposição à energia de fóton como ao calor. Pode haver várias maneiras para curar a mistura do precursor separador de hidrogel.

[00146] O resultado da cura pode ser de modo a formar o material precursor separador de hidrogel para a parede da cavidade do catodo, assim como a região de superfície na proximidade de uma característica de anodo ou catodo que, no presente exemplo, pode ser uma característica do anodo. A adesão do material às paredes laterais da cavidade pode ser útil para a função de separação de um separador. O resultado da cura pode ser de modo a formar uma mistura concentrada precursora polimerizada desidratada 822 que pode ser considerada simplesmente como o separador da célula. Em relação à Figura 8D, a pasta fluida para catodo 830 pode ser depositada sobre a superfície da camada construta laminar de liberação 802. Em seguida, na Figura 8E, a pasta fluida para catodo 830 pode ser movida com rodo para o bolso do catodo e para a mistura concentrada polimerizada desidratada precursora 822. A pasta fluida para catodo pode ser movida para a localização desejada no interior da cavidade, ao mesmo tempo em que está sendo amplamente limpa da camada construta laminar de liberação 802. O processo da Figura 8E pode ser realizado várias vezes para assegurar o revestimento da pasta fluida para catodo 830 sobre a mistura concentrada polimerizada desidratada precursora 822. A seguir, na Figura 8F, a pasta fluida para catodo pode ser deixada para secar até formar um preenchimento de catodo isolado 832 sobre a mistura concentrada polimerizada desidratada precursora 822, preenchendo o restante do bolso do catodo.

[00147] Em relação à Figura 8G, uma formulação de eletrólito 840 pode ser adicionada no preenchimento do catodo isolado 832 e deixada para hidratar o preenchimento do catodo isolado 832 e a mistura concentrada polimerizada desidratada precursora 822. A seguir, na Figura 8H, uma conexão da lâmina do catodo 816 pode ser colada à camada adesiva de construção laminar restante 802, removendo a camada de liberação da construção laminar restante 816 e pressionando a lâmina de conexão 804 no lugar. A colocação resultante pode resultar em cobrir o enchimento do catodo hidratado 842, bem como estabelecer contato elétrico com o enchimento do preencher 842 como coletor de corrente do catodo e meios de conexão.

[00148] As Figuras 9A a 9C podem ilustrar um exemplo alternativo do conjunto laminar resultante ilustrado na Figura 7D. Na Figura 9A, o anodo da lâmina de conexão 710 pode ser obtido e uma camada de máscara de proteção 712 aplicada a um lado. O anodo de lâmina de conexão 710 pode ser revestido com uma camada de metal coerente 714 com, por exemplo, o zinco de forma semelhante às descritas nas figuras anteriores. Em relação à Figura 9B, um separador de hidrogel 910 pode ser aplicado sem o uso do método do rodo ilustrado na Figura 8E. A mistura precursora separadora de hidrogel pode ser aplicada de diversas maneiras, por exemplo, um filme pré-formado da mistura pode ser colado por adesão física, e alternativamente, uma mistura diluída de gases da mistura de hidrogel separadora precursora pode ser distribuída e, em seguida, ajustada para uma espessura desejada por processamento de cobertura por rotação. Alternativamente, o material pode ser aplicado por revestimento por pulverização, ou qualquer outro processamento equivalente.

[00149] Em seguida, na Figura 9C, é descrito o processamento para criar um segmento do separador de hidrogel que pode funcionar como um sistema de confinamento em torno de uma região separadora. A transformação pode criar uma região que limita o fluxo, ou difusão, de materiais tais como eletrólito fora da estrutura interna dos elementos da batería formados. Por conseguinte, tal característica de bloqueio 920 de vários tipos pode ser formada. A função de bloqueio, em alguns exemplos, pode corresponder a uma região altamente reticulada da camada separadora, conforme pode ser formada em alguns exemplos por aumento da exposição à energia de fótons na região desejada da característica de bloqueio 920. Em outros exemplos, podem ser adicionados materiais ao material separador de hidrogel antes de ser curado, para criar partes diferenciadas regionalmente que após a cura tornam-se a característica de bloqueio 920. Ainda noutros exemplos, as regiões do material de separação de hidrogel podem ser removidas antes ou após a cura por várias técnicas, incluindo, por exemplo, ataque químico da camada com máscara para definir a extensão da região. A região de material removido poderá criar um recurso de bloqueio por conta própria ou, em alternativamente, o material pode ser adicionado de volta ao vazio para criar uma característica de bloqueio. O processamento do segmento impermeável pode ocorrer através de vários métodos, incluindo, mas não se limitando a: processamento de imagem, aumento da reticulação, foto dosagem pesada, retroenchimento, ou omissão de aderência de hidrogel para criar um vazio. Em alguns exemplos, uma construção ou montagem de lâmina do tipo descrito como resultado do processamento da Figura 9C pode ser formada sem a característica de bloqueio 920.

Elementos separadores polimerizados de batería [00150] Em alguns modelos de baterias, o uso de um separador discreto (conforme descrito em uma seção anterior) pode ser impedido devido a diversas razões, tais como custo, disponibilidade de materiais, qualidade dos materiais, ou complexidade de processamento para algumas opções de materiais, como exemplos não limitadores. Em tais casos, um separador fundido ou moldado no local, que pode ter sido representado nos processos das Figuras 8A -8H, por exemplo, pode proporcionar benefícios desejáveis. Embora separadores de amido ou pastosos tenham sido usados comercialmente com sucesso em AA e outros formatos de baterias Leclanché ou de zinco-carbono, esses separadores podem ser inadequados em algumas formas de utilização em certos exemplos de microbaterias laminares. Atenção particular pode precisar ser dada à uniformidade e consistência da geometria de qualquer separador utilizado nas baterias da presente descrição. Pode ser necessário um controle preciso do volume do separador para facilitar a posterior incorporação exata de volumes de catodos conhecidos e subsequente realização de capacidades de descarga e desempenho consistentes da célula.

[00151] Um método para conseguir um separador uniforme e mecanicamente robusto formado no local pode ser a utilização de formulações de hidrogel com cura por UV. Várias formulações de hidrogel permeáveis à água podem ser conhecidas em diversas indústrias, por exemplo, a indústria da lente de contato. Um exemplo de um hidrogel comum na indústria de lentes de contato pode ser gel reticulado poli (metacrilato de hidroximetil), ou simplesmente pHEMA. Para várias aplicações da presente invenção, o pHEMA pode possuir muitas propriedades atraentes para utilização em baterias Leclanché e de zinco-carbono. Tipicamente, o pHEMA pode manter um conteúdo de água de cerca de 30-40 por cento no estado hidratado, mantendo simultaneamente um módulo de elasticidade de cerca de 0,7 MPa (100 psi) ou mais. Além disso, as propriedades de módulo e o conteúdo de água de hidrogéis reticulados podem ser ajustadas por um versado na técnica, incorporando componentes monoméricos hidrofílicos adicionais (por exemplo, ácido metacrílico) ou poliméricos (por exemplo, polivinilpirrolidona). Dessa maneira, o teor de água, ou mais especificamente, a permeabilidade iônica do hidrogel pode ser ajustada na formulação.

[00152] Em alguns exemplos particularmente vantajosos, uma formulação de hidrogel moldável e polimerizável pode conter um ou mais diluentes para facilitar o processamento. O diluente pode ser escolhido para ser volátil de tal modo que a mistura moldável possa ser espalhada por rodo dentro de uma cavidade e, depois, deixada secar por tempo suficiente para remover o componente do dissolvente volátil. Após a secagem, um volume de fotopolimerização pode ser iniciado por exposição à radiação actínica do comprimento de onda apropriado, como luz UV azul a 420 nm, para o fotoiniciador escolhido, conforme 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 pode também fornecer efeitos benéficos na redução da tensão superficial, particularmente no caso em que monômeros fortemente polarizados são incorporados na formulação. Outro aspecto que pode ser importante para alcançar a fusão de uma camada uniforme de material polimerizável na cavidade pode ser a viscosidade de aplicação. Tipicamente, monômeros reativos comuns de pequena massa molar de não têm viscosidades muito elevadas, que podem ser tipicamente apenas alguns centipoises. Em um esforço para proporcionar um controle de viscosidade benéfico para o material de separação moldável e polimerizável, um componente polimérico de alta massa molar conhecido por ser compatível com o material polimerizável pode ser selecionado para incorporação à formulação. Exemplos de polímeros de elevada massa molar que podem ser adequados para a incorporação em exemplos de formulações podem incluir polivinilpirrolidona e óxido de polietileno.

[00153] Em alguns exemplos, o separador fundível, polimerizável, pode ser vantajosamente aplicado em uma cavidade concebida, conforme descrito anteriormente. Em exemplos alternativos, pode não haver cavidade no momento da polimerização. Em vez disso, a formulação do separador fundível e polimerizável pode ser revestida sobre um substrato que contenha o eletrodo, por exemplo, latão revestido com zinco e, em seguida, exposto a radiação actínica com uma fotomáscara para polimerizar seletivamente o material do separador em áreas específicas. O material de separação que não reagiu pode ser removido por exposição a solventes de lavagem apropriados. Nesses exemplos, o material de separação pode ser designado como um separador que pode obter um padrão por exposição à luz.

Exemplo principal de bateria [00154] Em alguns exemplos de processamento de elementos de energização biocompatíveis com separadores depositados, uma bateria primária pode ser formada. Uma bateria primária típica pode ser caracterizada pela sua propriedade de uso único. Em um exemplo conforme o processamento laminar, uma bateria pode ser formada com as seguintes características e elementos, conforme apresentado na tabela abaixo.

[00155] Pode haver numerosas formulações da química de catodos que podem ser consistentes com esta invenção. Como um exemplo não limitador, uma formulação pode compreender o dióxido de manganês eletrolítico em uma mistura de grafite. Em um exemplo, uma mistura em pó pode ser formada misturando dióxido de manganês eletrolítico moído em moinho de jato (JMEMD) e grafite KS6 conforme disponível na Timcal (Grafite Sintético TIMCAL TIMREX® KS6 primária) em uma proporção de peso de 80 porcento de JMEMD para 20 porcento de KS6. A mistura pode ser feita por vários meios. Por exemplo, o JMEMD e o KS6 podem ser misturados por moagem dos dois durante um período prolongado, da ordem de minutos a horas. Em alguns exemplos, a mistura em pó resultante pode ser misturada com poli-isobutileno (PIB) a 10 porcento em solução de tolueno. A solução de PIB a 10 porcento pode ser formada a partir de poli-isobutileno grau B50 misturado com tolueno em cerca de 10 partes de PIB B50 para 90 partes de tolueno em formulação por peso. O PIB a 10 por cento pode ser misturado com uma quantidade adicional de tolueno e com pó JMEMD/K6 para formular uma pasta para processamento de catodo. Essa mistura de materiais pode começar com aproximadamente 1,5 parte de solução de PIB B50/tolueno. Para isso, podem ser adicionadas cerca de 2,3 partes de tolueno. A mistura pode ser completada com 4,9 partes de pó JMEMD/KS6. Isto pode resultar em uma mistura de aproximadamente 1,7 porcento de PIB, 45 porcento de JMEMD, 11 porcento de KS6 e o restante de tolueno. A mistura pode continuar até que seja formada uma pasta fluida uniforme com consistência similar a pasta. A quantidade de solvente (tolueno em um exemplo) no sistema pode variar para afetar as características da pasta fluida formada e, em outros exemplos, a quantidade relativa de PIB B50 na pasta fluida pode ser variada a partir do exemplo.

[00156] Continuando com o exemplo de bateria primária, um separador de hidrogel pode ser formado nos modos discutidos nesta descrição a partir de uma mistura precursora. Em um exemplo, uma mistura precursora pode ser formada por mistura de metacrilato de hidroximetil (HEMA), de etileno glicol dimetilacrilato (EGDMA) e com polivinilpirrolidona (PVP). Pode haver outros constituintes acrescentados à mistura, tais como fotoiniciadores. Um fotoiniciador exemplificador pode ser (2,4,6-trimetilbenzoílo)-óxido de fosfina de fenilbis, que pode estar disponível em formulações comerciais, incluindo Irgacure® 819, que também pode ser denominado "CGI 819" neste documento. Também pode haver vários solventes que podem ser utilizados em quantidades variadas para alcançar uma reologia desejada da mistura. Em um exemplo não limitador, 2-proponol pode ser usado como um solvente apropriado.

[00157] Muitas das discussões gerais sobre os elementos de dispositivos de energização biocompatíveis, tal como a pasta fluida para catodo e anodo, têm exemplos relacionados com elementos de baterias primárias e pode-se esperar que variações e exemplos desses vários elementos compreendam outros exemplos de elementos da bateria primária da presente especificação.

[00158] Em alguns exemplos, o anodo de zinco pode ser formado por eletrodeposição do zinco sobre o material do coletor de corrente do anodo. Em outros exemplos, conforme já foi discutido, a eletrodeposição pode ocorrer através da estrutura laminada apenas das partes expostas do material do coletor de corrente do anodo. Pode haver numerosos modos de depósito de materiais do anodo, como por exemplo, laminação ou revestimento de metal; e, outros sistemas de bateria podem empregar outras espécies químicas que não o zinco, tal como prata, como um exemplo não limitador.

[00159] A bateria pode incluir vários tipos de formulações de eletrólitos. As soluções básicas de hidróxido podem ser incluídas no eletrólito. No entanto, em alguns exemplos de baterias biocompatíveis, podem ser utilizadas formulações de eletrólitos menos básicos. Os eletrólitos para utilização na presente invenção podem incluir cloreto de zinco, acetato de zinco, acetato de amônio, cloreto de amônio e sais semelhantes, em concentrações de massa de cerca de 0,1 por cento a 30 por cento. Além disso, podem ser adicionados agentes tensoativos à formulação de eletrólito, por exemplo, para melhorar o umedecimento ou reduzir a corrosão. Exemplos de agentes tensoativos podem incluir Triton™ X-100, Triton™ QS44, e Dowfax 3B2™ em concentrações de 0,01 a 2 por cento. Como um exemplo o Triton™ X-100 pode ser adicionado à solução de cloreto de zinco e cloreto de amônio. Um exemplo de uma formulação de eletrólito pode ser: 20% de cloreto de zinco, 500 ppm de Triton® QS-44, 200 ppm de íon de índio +3 fornecido como acetato de índio, e balanceado com água.

Exemplos secundários de bateria [00160] Os processos de fabricação da estrutura que foram descritos na presente invenção podem ser úteis, em geral, para a produção de baterias secundárias. Pode haver uma série de considerações relacionadas com os elementos de baterias secundárias que podem diferir das considerações feitas para elementos primários. O processo de recarga do elemento da bateria pode resultar na dilatação e contração dos componentes da bateria e, por conseguinte, as dimensões de características e camadas de contenção, bem como a composição da bateria, podem ser ajustadas em algumas modalidades. O uso de camadas de polímero gelificado para os eletrólitos pode permitir uma camada que pode levar até a alguns dos aspectos de expansão e encolhimento à medida que os íons de eletrodos são movidos em torno do dispositivo durante ciclos de carregamento e, posteriormente, durante os ciclos de descarga. Como mencionado em algumas das discussões anteriores, é possível em certas circunstâncias que também haja o envolvimento de gases nos dispositivos de energização. Pode haver numerosos meios estruturais para acomodar a acumulação de gás no dispositivo, incluindo a capacidade do gás se difundir para fora do dispositivo, bem como a capacidade das camadas de polímero gelificado acomodar parte do volume de expansão da criação de gás.

[00161] Em baterias secundárias, as camadas do anodo e do catodo podem mudar de designação dependendo se o dispositivo está em carga ou descarga e podem ser considerados primeiro e segundo eletrodos. Por isso, pode ser útil fazer referência ao anodo e catodo em referência ao fato de a célula de bateria estar sendo carregada de modo que se possa considerar uma célula eletrolítica ou se está sendo descarregada de tal forma que pode ser considerada uma célula galvânica. Portanto, quando referida como o catodo da célula galvânica, a primeira estrutura de eletrodo funcionaria para aceitar espontaneamente elétrons de um circuito ligado externamente. Assim, o catodo da célula eletrolítica é fisicamente o segundo eletrodo da batería secundária, que aceita elétrons a partir de um elemento de carga externa.

[00162] Apesar de em alguns exemplos da classe de baterias que utilizam eletrodos de zinco e dióxido de manganês possam funcionar como baterias secundárias, há muitos exemplos mais comuns de baterias secundárias. Em uma classe comum de baterias secundárias, íons de lítio podem compreender as espécies químicas de armazenamento de energia. Pode haver inúmeras maneiras para formar eletrodos em baterias de íon de lítio. No tipo de dispositivos de acordo com a presente invenção, pode haver inúmeros compostos intercalados de lítio que podem estar presentes no anodo da célula galvânica. Por exemplo, a pasta de catodo de níquel e lítio pode incluir o óxido de cobalto de manganês, óxido de manganês e lítio e fosfato de ferro e lítio, entre outros.

[00163] O segundo eletrodo pode ser o anodo da célula galvânica e, em alguns exemplos, pode ser formado de ou revestido com grafite ou outras formas de carbono. Em outros exemplos, podem ser utilizadas várias formas de silício depositadas. De maneiras similares à galvanoplastia de zinco discutida com relação às baterias primárias, o silício pode ser galvanizado em regiões ou em uma camada plana do outro lado do substrato. Silício galvanizado pode ser formado sobre a camada de contato com corrente de coletor de metal que pode ter revestimentos de superfície de platina, titânio ou uma camada fina de silício em alguns exemplos. O plaqueamento do material de eletrodo pode ocorrer em meio não aquoso compreendendo SiCI4, SiHCL3, SiBr4) Si(Ch2Ch3)4 ou Si(OOCCH3)4 como exemplos não limitadores. Em outros exemplos, as camadas de grafite ou de silício podem ser depositadas por bombardeamento com íons na superfície do coletor de corrente de modo a formar a segunda região do eletrodo de forma semelhante à ilustrada na Figura 7D.

[00164] Os eletrodos podem ser formados sobre as folhas de metal em modos consistentes com as discussões anteriores relacionadas ao processamento laminado. Esses eletrodos e as folhas de metal podem formar a camada de base, ou seja, por baixo das camadas de laminado que formam a cavidade. Além disso, o outro coletor de corrente pode ser utilizado para tampar a estrutura laminada após o catodo ter sido formado e a célula preenchida com eletrólito.

[00165] Para formar soluções de eletrólitos, os sais de lítio podem tipicamente ser dissolvidos em sistemas de solventes não aquosos. Dessa forma, esses sistemas de solventes não aquosos podem interagir com as várias camadas adesivas de diferentes maneiras e, como a integridade de vedações nos dispositivos de batería pode ser importante, pode haver alterações na escolha de sistemas adesivos que possam ser necessárias, dependendo do o uso de solventes não aquosos. Formas em gel de eletrólitos poliméricos são conhecidas nos dispositivos de polímero de lítio incorporando eletrólitos de polímeros. Os métodos de formação de separadores começando com precursor líquido de preenchimento de uma cavidade podem ser realizados por estes tipos de baterias secundárias, onde um separador polimerizado pode ser formado a partir de polímeros, tais como PVDF ou poli(acrilonitrilo). Em alguns exemplos, pode ser possível utilizar precursores que formam hidrogel, onde o polímero é gelificado com sais convencionais compatíveis com células de lítio. Por exemplo, em um exemplo não limitador, um precursor de separador pode ser misturado com hexafluorofosfato de lítio em solventes não aquosos, tais como carbonato de etileno, carbonato de dimetilo e carbonato de dietila como exemplos não limitadores. A camada gelificada resultante pode ser formada com um excesso de solvente para permitir a retração conforme foi descrito em relação ao tratamento de hidrogel precursor.

[00166] Em um exemplo específico não limitador, uma estrutura laminada com base de cavidade pode ser formada, conforme descrito na discussão anterior sobre o processamento do laminado, no qual a camada inferior pode ser o coletor de corrente sobre o qual tem sido fixada uma camada de grafite ou de silício. As camadas de laminado que são fixadas no coletor de corrente podem ter suas cavidades formadas no interior destas conforme foi descrito. Em um exemplo não limitador, uma solução moldagem pode ser formada ao misturar uma razão de cerca de dois-para-um de poli (fluoreto de vinilideno) (PVDF) e poli (dimetilsiloxano) (PDMS) em uma mistura de solventes compreendendo N-N dimetilacetamida (DMAc) e glicerol. A razão entre o DMAc e o glicerol pode variar e afetar características como a porosidade da camada separadora resultante. Um excesso da mistura de solventes pode ser usado para permitir o encolhimento da camada resultante na cavidade para uma camada separadora fina. Em alguns exemplos, especialmente para elevados níveis de solvente, o sistema adesivo da estrutura laminada pode ser alterado para otimizar a consistência com o sistema solvente DMAc-glicerol. Após o processamento do rodo da solução de moldagem para dentro das cavidades definidas, a estrutura resultante pode ser seca à temperatura ambiente ou à temperatura elevada durante algum período de tempo. Outros modos de dispensar a solução de moldagem podem ser compatíveis com os processos aqui descritos. Depois disso, a estrutura pode ser imersa em um banho de água à temperatura ambiente de 20 a 40 horas para permitir que o glicerol se dissolva da camada separadora e resulte em uma camada com a porosidade desejada.

[00167] A estrutura resultante pode então ser seca em um ambiente a vácuo durante um período de 20 a 40 horas. Em alguns exemplos alternativos, as misturas precursoras de hidrogel mencionadas em relação aos exemplos da batería primária também podem ser empregadas para o separador de baterias secundárias. Em alguns exemplos, a mistura precursora pode ser utilizada sem uma segunda fase imiscível. Em outros exemplos, a mistura precursora de hidrogel pode ter uma quantidade de material imiscível adicionada para regular a porosidade. O material imiscível pode ser um óleo hidrocarboneto de baixa volatilidade, em um sentido não limitador. Isto pode ser particularmente eficaz quando a moldagem da mistura precursora de hidrogel é realizada sem uma quantidade significativa de solvente em excesso ou sem qualquer solvente em excesso.

[00168] Em alguns exemplos, a camada separadora resultante pode ser tratada com a exposição a uma solução de eletrólito. Em um exemplo não limitador, uma solução de hexafluorofosfato de lítio de 1 molar em uma mistura de cerca de 1/1/1 de carbonato de etileno (CE)/carbonato de dimetila (DMC) e etil-metil-carbonato (EMC) pode ser formada e dispensada dentro da cavidade. Em alguns outros exemplos, pode ocorrer a exposição ao eletrólito após o catodo ser formado dentro da cavidade.

[00169] Em um outro tipo de exemplo, a estrutura laminada pode ser construída da maneira descrita na referência das Figuras 4A-4N. Um separador, como um filme (membrana) de Celgard pode ser cortado no tamanho de um recurso para uma camada com vão espaçador e, em seguida, colocado na estrutura laminada ao contrário de ser depositado no interior da cavidade. O separador colocado também pode ser tratado com uma exposição ao eletrólito antes do processamento adicional com uma "pasta fluida para catodo".

[00170] Agora, a estrutura resultante pode estar pronta para receber um tratamento com a pasta fluida para catodo. Uma série de pastas fluidas para catodo compreendendo diferentes tipos de compostos de lítio pode ser utilizada, embora outros tipos de produtos químicos sejam possíveis (além do lítio). Em um exemplo não limitador, uma pasta fluida a base de fosfato de ferro-lítio (LiFeP04) pode ser usada. Em alguns exemplos, a pasta fluida de fosfato de ferro-lítio pode ser formada misturando-se, inicialmente, carboximetilcelulose de sódio em água desionizada. À mistura resultante, pode ser adicionado um pó que contém fosfato de ferro-lítio e agentes condutores, como grafite sintético e fuligem, podem ser adicionados e misturados exaustivamente na sequência. Em seguida, uma nova pasta fluida refinada pode ser formada adicionando a borracha de estireno-butadieno e misturando exaustivamente. A pasta fluida pode, então, ser processada na estrutura da cavidade em meios conforme descritos na presente descrição, como por meio do uso de um processo de rodo. A reologia da pasta fluida pode ser ajustada para otimizar a integridade do processo de preenchimento com o rodo, por exemplo, ao adicionar ou remover o solvente ou ajustar a quantidade relativa de borracha de estireno-butadieno adicionada. A estrutura preenchida resultante pode, então, ser seca em um ambiente a vácuo de 20 a 40 horas.

[00171] Em alguns exemplos, o catodo resultante e as camadas separadoras podem ser tratados com a exposição a uma solução de eletrólito. Em um exemplo não limitador, uma solução de hexafluorofosfato de lítio de 1 molar em uma mistura de cerca de 1/1/1 de carbonato de etileno (CE)/carbonato de dimetila (DMC) e etii-metil-carbonato (EMC) pode ser formada e dispensada dentro da cavidade. Em alguns exemplos, o eletrólito pode ser adicionado ao catodo, com a assistência de qualquer tratamento por pressão ou tratamento a vácuo, para aumentar a difusão da mistura de eletrólitos nas camadas.

[00172] A segunda camada de coletor de corrente pode ser fixada à estrutura laminada depois da remoção de uma camada de liberação da estrutura laminada. O coletor de corrente aderido pode entrar em contato com a pasta fluida depositada e fornecer o contato elétrico entre o coletor de corrente metálico e o catodo infundido de eletrolitos resultante em uma estrutura de batería.

[00173] Os dispositivos biocompatíveis podem ser, por exemplo, dispositivos eletrônicos implantáveis, como marca-passos e coletores de microenergia, pílulas eletrônicas para monitorar e/ou testar uma função biológica, dispositivos cirúrgicos com componentes ativos, dispositivos oftálmicos, bombas microdimensionadas, desfibriladores, stents, e similares.

[00174] Foram descritos exemplos específicos para ilustrar as modalidades de formação, métodos de formação e aparelho de formação de elementos de energização biocompatíveis, compreendendo os separadores. Esses exemplos têm o propósito de ilustrar e não se destinam a limitar o escopo das reivindicações de qualquer maneira. Consequentemente, a descrição se destina a abranger todas as modalidades que podem ser evidentes aos versados na técnica.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Método para a formação de elementos de energização biocompatíveis, caracterizado pelo fato de que compreende: recebimento de um filme do primeiro substrato do primeiro material isolante; corte de uma cavidade no filme do primeiro substrato para formar uma camada de espaçador do catodo, na qual a borda da cavidade define uma parede lateral da cavidade; recebimento de um filme de anodo que compreende produtos químicos de anodo; aderência à primeira superfície da camada de espaçador do catodo para a primeira superfície do filme de anodo; depósito de um separador no elemento de energização biocompatível através da cavidade na camada de espaçador do catodo, na qual o separador compreende uma mistura de material polimerizável com gotículas de material não polimerizável; polimerização do material polimerizável; imersão do filme de substrato com separador depositado em um solvente, no qual o solvente dissolve as gotículas de material não polimerizável e não dissolve o polímero, onde a dissolução de gotículas de material não polimerizável cria espaços vazios no separador; recebimento de uma pasta fluida para catodo que compreende os produtos químicos do catodo e colocação da pasta fluida para catodo dentro da cavidade na camada de espaçador do catodo, na qual a parede lateral da cavidade na camada de espaçador do catodo e a superfície do separador depositado contêm a pasta fluida para catodo.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente a adição de um eletrólito à pasta fluida para catodo na cavidade.

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o eletrólito compreende hexafluorofosfato de lítio.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os produtos químicos do catodo compreendem um sal de lítio.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o sal de lítio compreende o fosfato de ferro-lítio.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os produtos químicos de catodo compreendem um ou mais de: chumbo, níquel, lítio, cobalto, zinco, sódio, vanádio, prata ou silício.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os produtos químicos de catodo compreendem carboximetilcelulose de sódio.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os produtos químicos de catodo compreendem um ou mais entre: grafite sintético, borracha de estireno-butadieno e fuligens.

9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os produtos químicos de anodo compreendem átomos de metal intercalados.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que os átomos de metal intercalados compreendem átomos de lítio intercalados.

11. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente: recebimento de um segundo filme de embalagem que compreende uma pilha de filme, na qual uma camada de filme da pilha de filmes é uma barreira à umidade metálica e aderência do segundo filme da embalagem em, pelo menos, uma parte do revestimento de anodo.

12. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material polimerizável compreende: hidroxietilmetacrilato (HEMA); dimetacrilato de etileno glicol (EGDMA) e polivinilpirrolidona (PVP).

13. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente a ligação do elemento de energização biocompatível com um elemento eletroativo dentro de um dispositivo biomédico.

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente a ligação do elemento de energização biocompatível com o elemento eletroativo do dispositivo biomédico.

15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o dispositivo biomédico é uma lente oftálmica.

16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o dispositivo biomédico é uma lente de contato.

17. Método para a formação de elementos de energização biocompatíveis, caracterizado pelo fato de que compreende: recebimento de um filme do primeiro substrato de um primeiro material isolante; recebimento de um filme do segundo substrato de um segundo material isolante; corte de uma primeira cavidade no filme do segundo substrato para formar uma camada com vão espaçador; corte de uma segunda cavidade no filme do primeiro substrato para formar uma camada de espaçador do catodo, na qual a borda da segunda cavidade define uma parede lateral da cavidade; laminação de uma primeira superfície da camada com vão espaçador com uma primeira superfície da camada de espaçador do catodo; colocação de um separador no elemento de energização biocompatível através da primeira cavidade; recebimento de um filme de anodo que compreende produtos químicos de anodo, no qual os produtos químicos de anodo compreendem átomos de metal intercalados; aderência à segunda superfície da camada com vão espaçador para a primeira superfície do filme de anodo; recebimento de uma pasta fluida para catodo que compreende os produtos químicos do catodo e colocação da pasta fluida para catodo na segunda cavidade, em que a parede lateral da cavidade da segunda superfície e a superfície do separador formam uma terceira cavidade para conter a pasta fluida para catodo.

18. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente: recebimento de um filme de contato do catodo; e aderência a uma segunda superfície da camada de espaçador do catodo para, pelo menos, uma parte da primeira superfície do filme de contato de catodo.

19. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente: recebimento do primeiro filme de embalagem que compreende uma pilha de filme, na qual uma camada é a barreira à umidade metálica e aderência do primeiro filme da embalagem em, pelo menos, uma parte do filme de contato do catodo.

20. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente: aderência do elemento de energização biocompatível com uma parte de um dispositivo biomédico.

21. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o elemento de energização biocompatível é adicionado a uma inserção de um dispositivo biomédico, no qual o elemento de energização biocompatível é selado no interior da inserção.

22. Método, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que o dispositivo biomédico é uma lente de contato.

23. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que os produtos químicos do catodo compreendem um sal de lítio.

24. Método, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que os produtos químicos do catodo compreendem fosfato de lítio-ferro.

25. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que os produtos químicos de anodo compreendem átomos de lítio intercalados.

26. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que os produtos químicos de anodo compreendem átomos de sódio intercalados.

27. Método, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que os produtos químicos de catodo compreendem um ou mais de: chumbo, níquel, lítio, cobalto, zinco, sódio, vanádio, prata ou silício.

28. Método, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que os produtos químicos do catodo compreendem fosfato de lítio-ferro.

29. Método, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que os produtos químicos de catodo compreendem carboximetilcelulose de sódio.

30. Método, de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que os produtos químicos do catodo compreendem um ou mais de grafite sintético e fuligem.

31. Método, de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de que os produtos químicos do catodo compreendem uma ou mais borracha de estireno-butadieno.

32. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente o acréscimo de um eletrólito à pasta fluida para catodo, na qual o eletrólito compreende hexafluorofosfato de lítio.

33. Método, de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente a ligação do elemento de energização biocompatível com um elemento eletroativo dentro de um dispositivo biomédico.

34. Método, de acordo com a reivindicação 33, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente a ligação do elemento de energização biocompatível com o elemento eletroativo do dispositivo biomédico.

35. Método, de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que o dispositivo biomédico é uma lente oftálmica.

36. Método, de acordo com a reivindicação 35, caracterizado pelo fato de que o dispositivo biomédico é uma lente de contato.