BR102018012933A2 - Métodos e aparelho para formar elementos primá-rios de energização biocompatíveis para dispositivos biomédicos com camadas vedantes sem fonte externa de corrente - Google Patents

Abstract

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

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MÉTODOS E APARELHO PARA FORMAR ELEMENTOS PRIMÁRIOS DE ENERGIZAÇÃO BIOCOMPATÍVEIS PARA DISPOSITIVOS BIOMÉDICOS COM CAMADAS VEDANTES SEM FONTE EXTERNA DE CORRENTE.

REFERÊNCIA REMISSIVA A PEDIDOS RELACIONADOS [0001] Este pedido é uma continuação em parte do pedido de patente US n° 14/746.160 depositado em segunda-feira, 22 de junho de 2015, que, por sua vez, reivindica o benefício do pedido provisório de patente US n° 62/040.178, depositado em 21 de agosto de 2014. O conteúdo é confiável e incorporado aqui a título de referência. ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

1. Campo da invenção [0002] A presente invenção refere-se a métodos e aparelhos para formar elementos de energização biocompatíveis. Em algumas modalidades, os métodos e o aparelho para formar os elementos de energização biocompatíveis envolvem a formação de um elemento separador do elemento de energização. Os elementos ativos, incluindo os ânodos, cátodos e eletrólitos podem ser eletroquimicamente conectados e podem interagir com os elementos separadores formados. Em algumas modalidades, um campo de uso para os métodos e o aparelho pode incluir qualquer produto ou dispositivo biocompatível que exija elementos de energização.

2. Discussão da técnica relacionada [0003] Recentemente, o número de dispositivos médicos e sua funcionalidade começaram 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 neuroestimuladores. Funcionalidades adicionais

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2/91 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 são compatíveis com as exigências de tamanho e formato destes dispositivos, assim como as exigências dos novos componentes energizados.

[0004] Alguns dispositivos médicos podem incluir componentes como dispositivos semicondutores que realizam uma variedade de funções e podem ser incorporados em muitos dispositivos biocompatíveis e/ou implantáveis. Entretanto, tais componentes semicondutores exigem energia e, portanto, elementos de energização também deveríam ser, de preferência, 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 modalidades inovadoras de formação de elementos de energização biocompatíveis para implantação dentro ou sobre os dispositivos biocompatíveis, nas quais a estrutura dos elementos de bateria forneça confinamento melhorado dos componentes químicos dos elementos de energização bem como controle melhorado sobre a quantidade de componentes químicos contidos no elemento de energização.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0005] Consequentemente, métodos e um aparelho para formar elementos de energização biocompatíveis são revelados, fornecendo vantagens de fabricação ao passo em que criam estruturas que podem significativamente conter a química da bateria. Além disso, o design estrutural também pode fornecer controle inerente das quantidades de

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3/91 elementos de energização encontradas dentro dos elementos de bateria.

[0006] Um aspecto geral inclui um elemento de energização biocompatível que inclui uma camada espaçadora de vão; um primeiro orifício localizado na camada espaçadora de vão; uma camada espaçadora de cátodo, em que a camada espaçadora de cátodo está fixada à camada espaçadora de vão; um segundo orifício localizado na camada espaçadora de cátodo, em que o segundo orifício está alinhado ao primeiro orifício e em que o segundo orifício é menor que o primeiro orifício, de modo que quando o primeiro orifício e o segundo orifício estão alinhados, há uma crista da camada espaçadora de cátodo exposta no primeiro orifício. O elemento de energização biocompatível inclui também uma camada separadora, sendo que a camada separadora é colocada no interior do primeiro orifício na camada espaçadora de vão e se adere à crista da camada espaçadora de cátodo. O elemento de energização biocompatível inclui também uma cavidade entre os lados do segundo orifício e uma primeira superfície da camada separadora, sendo que a cavidade é preenchida com produtos químicos do cátodo. O elemento de energização biocompatível inclui também um primeiro coletor de corrente revestido com produtos químicos do ânodo. O elemento de energização biocompatível inclui também um segundo coletor de corrente, sendo que o segundo coletor de corrente está em conexão elétrica com os produtos químicos do cátodo. O elemento de energização biocompatível inclui também um eletrólito que inclui produtos químicos do eletrólito. O elemento de energização biocompatível inclui também os produtos químicos do cátodo, os produtos químicos do ânodo e os produtos químicos do eletrólito sendo formulados para um único ciclo de descarga do elemento de energização. O elemento de energização biocompatível inclui também um revestimento metálico externo folheado, sendo que o revestimento metálico ex

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4/91 terno folheado compreende uma porção que é folheada com folheamento autocatalítico, e sendo que a espessura do revestimento metálico externo folheado é suficientemente espessa para agir como uma barreira contra entrada e saída de umidade a partir do elemento de energização bioquímico. O folheamento autocatalítico pode incluir uma química à base de cobre para depositar uma camada de cobre sobre o revestimento metálico externo folheado. Em alguns exemplos, pode haver uma porção do elemento de energização biocompatível na qual um material de bloqueio evita que o revestimento metálico externo folheado se forme na região de um ou mais dentre o contato de ânodo e o contato de cátodo.

[0007] As implementações podem incluir uma ou mais das seguintes características: o elemento de energização biocompatível em que os produtos químicos do cátodo incluem um sal de manganês, incluindo dióxido de manganês. O elemento de energização biocompatível em que os produtos químicos do ânodo incluem zinco incluindo zinco eletrodepositado. O elemento de energização biocompatível em que os produtos químicos do cátodo incluem grafita, poli-isobutileno, tolueno, dióxido de manganês eletrolítico moído em moinho de jato e grafita sintética primária KS6. O elemento de energização biocompatível em que os produtos químicos do cátodo incluem uma mistura de aproximadamente 1,5 parte de PIB B50 a 10 por centro em tolueno para 2,3 partes de tolueno adicional para 4,9 partes de uma mistura incluindo aproximadamente 80 por centro de dióxido de manganês eletrolítico moído a jato e 20 por cento de grafita sintética primária KS6. O elemento de energização biocompatível em que o eletrólito inclui cloreto de zinco e cloreto de amônio. O elemento de energização biocompatível em que o separador inclui Celgard 412.

[0008] O elemento de energização biocompatível sendo que o mesmo é conectado eletricamente a um elemento eletroativo no interi

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5/91 or do dispositivo biomédico, como um dispositivo oftálmico, como uma lente de contato. O elemento de energização biocompatível sendo que o mesmo é conectado eletricamente a um elemento eletroativo no interior do dispositivo biomédico. O elemento de energização biocompatível em que o separador inclui metacrilato de hidróxi-etila, dimetacrilato de etileno glicol e polivinilpirrolidona.

[0009] O elemento de energização biocompatível em que os produtos químicos do cátodo incluem uma mistura de aproximadamente 1,5 parte de PIB B50 a 10 por cento em tolueno para 2,3 partes adicionais de tolueno para 4,9 partes de uma mistura que inclui aproximadamente 80 por cento de dióxido de manganês eletrolítico moído a jato para 20 por cento de grafita sintética primária KS6, em que os produtos químicos do ânodo incluem zinco eletrodepositado e em que o eletrólito inclui cloreto de zinco e cloreto de amônio; o elemento de energização biocompatível sendo que o mesmo é conectado eletricamente a um elemento eletroativo no interior do dispositivo biomédico; o elemento de energização biocompatível em que o dispositivo biomédico é um dispositivo oftálmico; o elemento de energização biocompatível em que o dispositivo oftálmico é uma lente de contato.

[0010] Um aspecto geral inclui um elemento de energização biocompatível que inclui. O elemento de energização biocompatível também inclui uma camada espaçadora de cátodo. O elemento de energização biocompatível inclui também um primeiro orifício localizado na camada espaçadora de cátodo. O elemento de energização biocompatível inclui também um primeiro coletor de corrente revestido com produtos químicos do ânodo, sendo que o primeiro coletor de corrente é fixado a uma primeira superfície da camada espaçadora de cátodo, sendo que a primeira cavidade é criada entre os lados do primeiro orifício e uma primeira superfície do primeiro coletor de corrente é revestida com produtos químicos do ânodo. O elemento de energização bi

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6/91 ocompatível inclui também uma camada separadora, sendo que a camada separadora é formada dentro da primeira cavidade depois que uma mistura precursora separadora é dispensada dentro da cavidade. O elemento de energização biocompatível inclui também uma segunda cavidade entre os lados do primeiro orifício e uma primeira superfície da camada separadora, sendo que a segunda cavidade é preenchida com produtos químicos do cátodo. O elemento de energização biocompatível inclui também um segundo coletor de corrente, sendo que o segundo coletor de corrente está em conexão elétrica com os produtos químicos do cátodo. O elemento de energização biocompatível inclui também um eletrólito que inclui produtos químicos do eletrólito. O elemento de energização biocompatível inclui também onde os produtos químicos do cátodo, os produtos químicos do ânodo e os produtos químicos do eletrólito são formulados para um único ciclo de descarga do elemento de energização.

[0011] As implementações podem incluir uma ou mais das seguintes características. O elemento de energização biocompatível em que o separador inclui metacrilato de hidróxi-etila, dimetacrilato de etileno glicol e polivinilpirrolidona. O elemento de energização biocompatível em que os produtos químicos do cátodo incluem uma mistura de aproximadamente 1,5 partes de 10 por cento de PIB B50 em tolueno para 2,3 partes adicionais de tolueno para 4,9 partes de uma mistura que inclui aproximadamente 80 por cento de dióxido de manganês eletrolítico moído a jato para 20 por cento de grafita sintética primária KS6, em que os produtos químicos do ânodo incluem zinco eletrodepositado e em que o eletrólito inclui cloreto de zinco e cloreto de amônio. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0012] As Figuras 1A a 1D ilustram aspectos exemplares de elementos de energização biocompatíveis em conjunto com a aplicação exemplar das lentes de contato.

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7/91 [0013] A Figura 2 ilustra o tamanho e forma exemplares de células individuais de um design exemplar da bateria.

[0014] A Figura 3A ilustra um primeiro elemento de energização biocompatível embalado independente com conexões exemplares de ânodo e cátodo.

[0015] A Figura 3B ilustra um segundo elemento de energização biocompatível embalado independente com conexões exemplares de ânodo e cátodo.

[0016] As Figuras 4A a 4N ilustram etapas de método exemplificadoras para a formação de elementos de energização biocompatíveis para dispositivos biomédicos.

[0017] A Figura 5 ilustra um elemento de energização biocompatível completamente formado exemplar.

[0018] As Figuras 6A-6F ilustram etapas do método exemplares para a formação estrutural de elementos de energização biocompatíveis.

[0019] As Figuras 7A-7F ilustram etapas do método exemplares para formação estrutural dos elementos de energização biocompatíveis com método de galvanoplastia alternativo.

[0020] As Figuras 8A a 8H ilustram etapas de método exemplificadoras para a formação de elementos de energização biocompatíveis com separador de hidrogel para dispositivos biomédicos.

[0021] As Figuras 9A-C ilustram etapas de métodos exemplares para a formação estrutural de elementos de energização biocompatíveis utilizando uma modalidade alternativa de processamento do separador.

[0022] As Figuras 10A mostram uma vista em seção transversal lateral de um elemento de energização biocompatível totalmente formado com plaqueamento.

[0023] As Figuras 10B mostram uma vista de topo de um plaque

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8/91 amento de elemento de energização biocompatível totalmente formado.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [0024] São revelados neste pedido métodos e um aparelho para formar elementos de energização biocompatíveis tridimensionais. O elemento separador dentro dos elementos de energização pode ser formado através de métodos inovadores e pode compreender materiais inovadores. Nas seções a seguir, descrições detalhadas de várias modalidades são descritas. As descrições tanto da modalidade alternativa quanto da preferida são modalidades exemplificadoras apenas, e várias modificações e alterações podem ser evidentes aos versados na técnica. Portanto, as modalidades exemplificadoras não limitam o escopo do presente pedido. Os elementos de energização biocompatíveis tridimensionais são projetados para uso no interior ou adjacente ao corpo de um organismo vivo.

Glossário [0025] Na descrição e nas reivindicações abaixo, vários termos podem ser usados. As seguintes definições se aplicarão a eles:

[0026] Ânodo, para uso na presente invenção, refere-se a um eletrodo através do qual flui corrente elétrica para o interior de um dispositivo elétrico polarizado. A direção da corrente elétrica é tipicamente oposta à direção do fluxo de elétrons. Em outras palavras, os elétrons fluem do ânodo para, por exemplo, um circuito elétrico.

[0027] Aglutinantes, para uso na presente invenção, se refere a um polímero que é tem a capacidade de exibir respostas elásticas a deformações mecânicas e que é quimicamente compatível com outros componentes de elemento de energização. Por exemplo, os aglutinantes podem incluir materiais eletroativos, eletrólitos, polímeros, etc.

[0028] Biocompatível, como usado aqui, se refere a um material ou dispositivo que funciona com uma resposta do hospedeiro apropri

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9/91 ada em uma aplicação específica. Por exemplo, um dispositivo biocompatível não tem efeitos tóxicos ou lesivos em sistemas biológicos. [0029] Cátodo, para uso na presente invenção, se refere a um eletrodo através do qual corrente elétrica flui para fora de um dispositivo elétrico polarizado. A direção da corrente elétrica é tipicamente oposta à direção do fluxo de elétrons. Portanto, os elétrons fluem para o interior do cátodo do dispositivo elétrico polarizado e para fora, por exemplo, do circuito elétrico conectado.

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

[0031] Eletrodo, como usado aqui, pode se referir a uma massa ativa na fonte de energia. Por exemplo, pode incluir um ou ambos dentre ânodo e cátodo.

[0032] Energizado, para uso na presente invenção, se refere ao estado de se ter a capacidade 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 para 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, se refere a qualquer dispositivo ou camada que tenha a capacidade de fornecer energia ou colocar um dispositivo lógico ou elétrico em um estado energizado. Os elementos de energização podem incluir baterias. As baterias podem ser formadas por células do tipo alcalinas e podem ser

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10/91 baterias de estado sólido ou baterias de célula molhada.

[0035] Cargas, como usado aqui, referem-se a um ou mais separadores de elementos de energização que não reagem com qualquer um dentre eletrólitos ácidos ou alcalinos. Geralmente, cargas podem incluir substancialmente materiais insolúveis em água, como negro de fumo; pó de carvão; grafite; óxidos metálicos e hidróxidos como silicone, alumínio, cálcio, magnésio, bário, titânio, ferro, zinco e estanho; metal carbonatos como aqueles de cálcio e magnésio; minerais como mica, montmorolonita, caulinita, atapulgita e talco; zeólitas sintéticas e naturais como cimento Portland; silicatos de metal precipitado, como silicato de cálcio; polímeros ocos ou sólidos ou microesferas vítreas, flocos e fibras; etc.

[0036] Filme, conforme usado aqui, refere-se a uma camada fina de um material que pode atuar como uma cobertura ou um revestimento; em estruturas laminadas, o filme se aproxima tipicamente de uma camada plana com uma superfície de topo, uma superfície de fundo e um corpo; sendo que o corpo é tipicamente muito mais fino do que a extensão da camada.

[0037] Funcionalizado, como usado aqui, refere-se a tornar uma camada ou dispositivo capaz de executar uma função que inclui, por exemplo, energização, ativação e/ou controle.

[0038] Molde, como usado aqui, refere-se a um objeto rígido ou semirrígido que pode ser usado para formar objetos tridimensionais a partir de formulações não curadas. Alguns moldes preferenciais incluem duas partes de molde que, quando opostas uma à outra, definem a estrutura de um objeto tridimensional.

[0039] Potência, conforme usado no presente documento, referese ao trabalho realizado ou à energia transferida por unidade de tempo.

[0040] Recarregável ou Reenergizável, como usado na presen

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11/91 te invenção, refere-se à capacidade de restauração para um estado com maior capacidade de realização de trabalho. Muitos usos podem relacionar a capacidade de restauração com a habilidade da corrente elétrica de fluir a uma certa taxa por certos períodos de tempo restabelecidos.

[0041] Reenergizar ou recarregar, como usado aqui, refere-se à restauração a um estado com capacidade maior de realizar trabalho. Muitos usos podem estar relacionados à restauração da capacidade de fluxo de corrente elétrica de um dispositivo, a uma certa taxa durante um determinado período de tempo restabelecido.

[0042] Liberado, como usado aqui e algumas vezes chamado de liberado de um molde, significa que um objeto tridimensional é completamente separado do molde ou apenas fixado de maneira frouxa ao molde, de modo que possa ser removido com agitação leve.

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

[0044] O termo trilhas, como usado aqui, se refere a componentes de elementos de energização capazes de conectar os componentes do circuito. Por exemplo, as trilhas de circuito podem incluir cobre ou ouro quando o substrato é uma placa de circuito impresso e podem tipicamente ser de cobre, ouro ou um filme impresso em um circuito flexível. Um tipo especial de trilha é o coletor de corrente. Os coletores de corrente são traços com compatibilidade eletroquímica que tornam o coletor de corrente adequado para uso na condução de elétrons

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12/91 para e a partir de um ânodo ou um cátodo na presença de eletrólito. [0045] Os métodos e o aparelho apresentados aqui se relacionam à formação de elementos de energização biocompatíveis para inclusão dentro ou sobre dispositivos biocompatíveis planos ou tridimensionais. Uma classe particular de elementos de energização pode ser constituída por baterias que são fabricadas em camadas. As camadas também podem ser classificadas como camadas de laminado. Uma bateria formada dessa forma pode ser classificada como uma bateria laminar.

[0046] Pode haver outros exemplos de como montar e configurar baterias de acordo com a presente revelação e alguns podem ser descritos nas seções a seguir. Entretanto, para muitos destes exemplos, há parâmetros e características selecionadas das baterias que podem ser descritos independentemente. Nas seções a seguir, algumas características e parâmetros serão analisados.

Construção de um dispositivo médico exemplificador 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. Referindose à Figura 1A, um exemplo desse inserto de lente de contato pode ser retratado como um inserto de lente de contato 100. Na inserção da lente de contato 100, pode haver um elemento eletroativo 120 que pode acomodar as mudanças das características de foco em resposta às tensões de controle. 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

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13/91 configurações de elementos químicos da bateria, conforme foi discutido. Os elementos de bateria 110 podem ter vários recursos de interconexão para unir as peças, como pode ser mostrado subjacente à região de interconexão 114. Os elementos de bateria 110 podem estar conectados a um elemento de circuito que pode ter o seu próprio substrato 111 sobre o qual os recursos de interconexão 125 podem estar localizados. O circuito 105, que pode estar sob a forma de um circuito integrado, pode estar conectado elétrica e fisicamente ao substrato 111 e a seus recursos de interconexão 125.

[0048] Com referência à Figura 1B, um relevo em corte transversal de uma lente de contato 150 pode conter o elemento inserível de lente de contato 100 e seus constituintes discutidos. O inserto de lente de contato 100 pode ser encapsulado em uma saia de hidrogel de lente de contato 155 que pode encapsular o inserto e fornecer uma interface confortável da lente de contato 150 ao olho do usuário.

[0049] Em referência aos conceitos da presente revelação, 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 de bateria 165 e do segundo componente de bateria na região do elemento de química 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 ao elemento de bateria em um contato elétrico 161 e um contato físico 162. A estrutura plana pode ser dobrada para formar uma estrutura cônica tridimensional, como é descrito na presente revelação. Neste processo, um segundo contato elétrico 166 e um segundo contato físico 164 podem ser utilizados para conectar e estabilizar fisicamente a estrutura tridimensional. Com referência à Figura 1D, uma representação dessa estrutura cônica tri

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14/91 dimensional 180 pode ser observada. Os pontos de contato físico e elétrico 181 podem também ser encontrados, e a ilustração pode ser vista como uma vista tridimensional da estrutura resultante. Esta estrutura pode compreender o componente elétrico modular e 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 esquemas de bateria segmentada é mostrado em relação a um elemento de bateria exemplificador para um exemplo do tipo de lente de contato. Os componentes segmentados podem ter forma relativamente circular 271, forma quadrada 272 ou forma retangular. Nos exemplos de formato retangular, os retângulos podem ser pequenas formas retangulares 273, formas retangulares maiores 274 ou formas retangulares grandes 275.

Formatos personalizados dos elementos de bateria plana [0051] Em alguns exemplos de baterias biocompatíveis, as baterias podem ser formadas como elementos planos. Referindo-se à Figura 3A um exemplo de um contorno retangular 310 do elemento de bateria pode ser retratado com uma conexão anódica 311 e uma conexão catódica 312. Referindo-se à Figura 3B um exemplo de um contorno circular 330 de um elemento de bateria pode ser retratado com uma conexão anódica 331 e uma conexão catódica 332.

[0052] Em alguns exemplos de baterias em formato plano, os contornos da forma da bateria podem ser dimensionalmente e geometricamente configurados para encaixar em produtos personalizados. Além dos exemplos com contornos retangulares ou circulares, contornos personalizados de formato livre ou forma livre podem ser formados, podendo permitir que a configuração da bateria seja otimizada para encaixar dentro de um dado produto.

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15/91 [0053] No caso do dispositivo biomédico exemplificador de uma óptica variável, um exemplo de forma livre de um contorno plano pode ter 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 ser claro que geometrias benéficas similares podem ser formadas em casos nos quais os dispositivos médicos têm requisitos restritivos de forma em 2D ou 3D.

Aspectos de biocompatibilidade de baterias [0054] Como um exemplo, as baterias de acordo com a presente revelação 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, os aspectos de projeto podem ser considerados relacionados a eventos estressantes. Por exemplo, a segurança de uma lente de contato eletrônica pode precisar ser considerada quando um usuário quebra a lente durante a inserção ou remoção. Em um outro exemplo, aspectos de design podem considerar o potencial de um usuário ser atingido no olho por um objeto estranho. Ainda outros exemplos de condições de tensão que podem ser consideradas ao se desenvolver parâmetros e restrições de design podem se referir ao potencial de um usuário usar lentes em ambientes desafiadores, como o ambiente subaquático ou o ambiente de altitude elevada, como exemplos não limitadores.

[0055] A segurança desse dispositivo pode ser influenciada pelos materiais com os quais o dispositivo é formado, pelas quantidades desses materiais empregados na fabricação do dispositivo, e também pela embalagem aplicada para separar os dispositivos do ambiente circundante ou no corpo. Em um exemplo, marca-passos podem ser

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16/91 um tipo típico de dispositivo biomédico que pode incluir uma bateria e que pode ser implantando em um usuário por um período de tempo estendido. Consequentemente, em alguns exemplos, tais marcapassos podem, tipicamente, ser embalados com invólucros de titânio herméticos e soldados, ou, em outros exemplos, múltiplas camadas de encapsulação. Dispositivos biomédicos energizados emergentes podem apresentar novos desafios em relação à embalagem, especificamente à embalagem de bateria. Estes novos dispositivos podem ser muito menores que os dispositivos biomédicos existentes, por exemplo, uma lente de contato eletrônica ou câmera de pílula pode ser significativamente menor que um marca-passo. Nestes exemplos, o volume e a área disponível para embalagem podem ser muito reduzidos. Requisitos elétricos de microbaterias [0056] Outra área para considerações de projeto pode se referir aos requisitos elétricos do dispositivo em relação ao dispositivo de bateria. A fim de funcionar como uma fonte de energia para um dispositivo médico, uma bateria apropriada pode precisar atender aos requisitos elétricos totais do sistema quando este estiver operando em um modo não conectado ou não externamente energizado. Um campo emergente de dispositivos biomédicos não conectados ou não externamente energizados pode incluir, por exemplo, lentes de contato de correção de visão, dispositivos de monitoramento de saúde, câmeras de pílula e dispositivos inovadores. Desenvolvimentos recentes na tecnologia de circuito integrado (Cl) podem permitir a operação elétrica significativa em níveis de corrente muito baixos, por exemplo, picoamps de corrente no modo de espera e microamps da corrente operacional. Os CIs podem também possibilitar a criação de dispositivos muito pequenos.

[0057] Microbaterias para aplicações biomédicas podem ser necessárias para que muitos requisitos desafiadores simultâneos sejam

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17/91 cumpridos. Por exemplo, a microbateria pode ser necessária para que se tenha a capacidade de administrar uma tensão operacional adequada a um circuito elétrico incorporado. Esta tensão operacional pode ser influenciada por vários fatores, incluindo o nó do processo de Cl, a tensão de saída do circuito a outro dispositivo e um alvo de consumo da corrente particular, que também pode se referir a um ciclo de vida desejado do dispositivo.

[0058] Com relação ao processo de Cl, os nós podem tipicamente ser diferenciados pela dimensão mínima de um transistor, como o assim chamado canal do transistor. Esta característica física, juntamente com outros parâmetros da fabricação de Cl, 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 um tamanho de recurso mínimo de 0,5 mícron pode ser comum encontrar FET’s com tensões de ativação de 5,0 V. Entretanto, em um tamanho de recurso mínimo de 90 nm os FET’s podem ativar em 1,2, 1,8, e 2,5 V. A fundição de Cl pode fornecer células padrão de blocos digitais, por exemplo, inversores e flipflops que foram caracterizados e classificados para uso em certas faixas de tensão. Os projetistas escolheram um nó do processo de Cl com base em vários fatores, incluindo a densidade dos dispositivos digitais, dispositivos de sinal misto analógico/digital, corrente de fuga, camadas de fiação e disponibilidade de dispositivos especiais, como FETs de alta tensão. Dados estes aspectos paramétricos dos componentes elétricos que podem consumir energia de uma microbateria, pode ser importante que a fonte de energia da mesma seja compatível com os requisitos do nó do processo e design do Cl escolhidos, especialmente em termos de tensão e corrente disponíveis.

[0059] Em alguns exemplos, um circuito elétrico energizado por

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18/91 uma microbateria pode conectar a um outro dispositivo. Em exemplos não limitadores, o circuito elétrico energizado por microbateria pode conectar a um atuador ou um transdutor. Dependendo da aplicação, estes podem incluir um diodo emissor de luz (LED), um sensor, uma bomba do sistema microeletromecânico (MEMS), ou numerosos outros dispositivos deste tipo. Em alguns exemplos, esses dispositivos conectados podem exigir maiores condições de tensão operacional do que os nós de processo de Cl comuns, por exemplo, uma lente de foco variável pode necessitar de 35 V para ativar. A tensão operacional fornecida pela bateria pode, então, ser uma consideração crítica ao se projetar tal sistema. Em alguns exemplos deste tipo de consideração, a eficiência de um acionador de lente para produzir 35 V a partir de uma bateria de 1 V pode ser significativamente menor que podería ser ao operar a partir de uma bateria de 2 V. Requisitos adicionais como tamanho de matriz podem ser dramaticamente diferentes quando também se considera os parâmetros operacionais da microbateria.

[0060] As células de bateria individuais podem ser tipicamente classificadas com circuito aberto, carregada e tensão de corte. A tensão de circuito aberto é o potencial produzido pela célula de bateria com infinita resistência de carga. A tensão na condição de carga é o potencial produzido pela célula com uma impedância de carga adequada, e tipicamente também especificada, colocada nos terminais da célula. A tensão de corte é tipicamente uma tensão na qual a maioria das baterias foi descarregada. A tensão de corte pode representar uma tensão ou 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 ao qual a bateria está conectada, e não apenas pela própria bateria, por exemplo, a tensão operacional mínima do circuito eletrônico. Em um exemplo, uma célula alcalina pode ter uma tensão

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19/91 de circuito aberto de 1,6 V, uma tensão carregada na faixa de 1,0 a 1,5 V e uma tensão de corte de 1,0 V. A tensão de um dado design da célula da microbateria pode depender de outros fatores da química da célula empregada. Uma química da célula diferente pode, assim, ter diferentes tensões de célula.

[0061] Células podem ser conectadas em série para aumentar a tensão; entretanto, essa combinação pode aumentar o tamanho, a resistência interna ou a complexidade de bateria. As células também podem ser combinadas em configurações paralelas para reduzir a resistência e aumentar a capacidade, entretanto essa combinação pode sacrificar tamanho e vida de prateleira.

[0062] Capacidade da bateria pode ser a habilidade de uma bateria fornecer corrente ou fazer o trabalho por um período de tempo. A capacidade da bateria pode tipicamente ser especificada em unidades como microampere-hora. A bateria que consegue fornecer 1 microampere de corrente durante 1 hora tem um 1 microampere/hora de capacidade. A capacidade pode ser tipicamente aumentada aumentando a massa (e deste modo o volume) de reagentes dentro de um dispositivo de bateria; entretanto, pode ser observado que dispositivos biomédicos podem ser significativamente contidos em volumes disponíveis. A capacidade da bateria pode também ser influenciada pelo material do eletrodo e do eletrólito.

[0063] Dependendo dos requisitos do circuito ao qual a bateria está conectada, uma bateria pode ser necessária para fornecer corrente em uma faixa de valores. Durante o armazenamento antes do uso ativo, uma corrente de fuga da ordem de picoamps a nanoamps pode fluir através dos circuitos, interconexões e isolantes. Durante a operação ativa, o circuito pode consumir corrente quiescente para os sensores de amostra e temporizadores, e realizar funções de consumo baixo de energia deste tipo. O consumo de corrente quiescente pode ser da

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20/91 ordem de nanoamps a milliamps. O circuito pode também ter demandas de corrente de pico ainda mais elevadas, por exemplo, durante a gravação de memória flash ou a comunicação por radiofrequência (RF). Esta corrente de pico pode estender-se até as dezenas de miliamperes ou mais. A resistência e impedância de um dispositivo de microbateria podem também ser importantes para as considerações do design.

[0064] A vida útil tipicamente se refere ao período de tempo que uma bateria pode sobreviver em armazenamento ainda mantendo parâmetros de funcionamento úteis. A vida útil pode ser particularmente importante para dispositivos biomédicos por vários motivos. Dispositivos eletrônicos podem deslocar dispositivos não-elétricos, como, por exemplo, no caso da introdução de uma lente de contato eletrônica. Produtos nestes espaços de mercado existentes podem ter requisitos de vida útil estabelecidos, por exemplo, três anos, devido aos requisitos de cliente, da cadeia de suprimentos e outros. Pode ser tipicamente desejável que tais especificações não sejam alteradas para novos produtos. Os requisitos de vida útil também podem ser definidos pelos métodos de distribuição, inventário e uso de um dispositivo compreendendo uma microbateria. Consequentemente, as microbaterias para os dispositivos biomédicos podem ter requisitos de vida de prateleira específicos, que podem ser medidos no 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 podería, então, ser energizada com uma base de radiofrequência (RF). A bobina indutiva pode ser conectada ao elemento de energização biocompatível tridimensional para recarregar o elemento de energização quando a RF é aplicada à bobina indutiva. Em outro exemplo, fotovoltaicos também podem ser fabricados na su

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21/91 perfície 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, uma bateria pode operar para fornecer uma energia elétrica para um sistema elétrico. Nestes exemplos, a bateria pode ser eletricamente conectada ao circuito do sistema elétrico. As conexões entre um circuito e uma bateria podem ser classificadas como interconexões. Estas interconexões podem ser tornar progressivamente mais desafiadoras em microbaterias biomédicas devido a vários fatores. Em alguns exemplos, os dispositivos biomédicos energizados podem ser muito pequenos, proporcionando, assim, área e volume limitados para interconexões. As restrições de tamanho e de área podem afetar a resistência elétrica e a confiabilidade das interconexões.

[0067] Em outros aspectos, uma bateria pode conter um eletrólito líquido que podería ferver em temperaturas altas. Essa restrição pode competir diretamente com o desejo de usar uma interconexão de solda que pode, por exemplo, requerer temperaturas relativamente altas, por exemplo, 250Ό para fundir. Embora em alguns exempl os a química da bateria, que inclui o eletrólito, e a fonte de calor usada para formar as interconexões baseadas em soldador possam ser isoladas espacialmente entre si, nos casos de dispositivos biomédicos emergentes, o tamanho pequeno pode impedir a separação das juntas de eletrólito e soldador por distância suficiente para reduzir a condução de calor. Interconexões [0068] Interconexões podem permitir que corrente flua para e da bateria em conexão com um circuito externo. Estas interconexões podem interfacear com os ambientes dentro e fora da bateria, e podem cruzar o limite ou vedação entre estes ambientes. Estas interconexões

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22/91 podem ser consideradas como trilhas, fazendo conexões com um circuito externo, passando através da vedação da bateria e, então, conectando-se aos coletores de corrente dentro da bateria. Assim, estas interconexões podem ter vários requisitos. Fora da bateria, as interconexões podem lembrar trilhas de circuito impresso típicas. Elas podem ser soldadas ou de outra forma conectadas a outras trilhas. Em um exemplo em que a bateria é um elemento físico separado de uma placa de circuito que contém um circuito integrado, a interconexão de bateria pode permitir a conexão ao circuito externo. Esta conexão pode ser formada com solda, fita condutiva, epóxi ou tinta condutiva, ou outros meios. As trilhas de interconexão podem precisar sobreviver no ambiente fora da bateria, por exemplo, sem que haja corrosão na presença de oxigênio.

[0069] Conforme uma interconexão passa através da vedação da bateria, pode ser de crítica importância que a interconexão coexista com a vedação e permite a vedação. Adesão pode ser necessária entre a vedação e a interconexão em adição à adesão que pode ser necessária entre a vedação e a embalagem da bateria. A integridade da vedação pode precisar ser mantida na presença de eletrólito e outros materiais contidos na bateria. As interconexões, que podem tipicamente ser metálicas, podem ser conhecidas como pontos de falha na embalagem da bateria. O potencial elétrico e/ou o fluxo da corrente pode aumentar a tendência do eletrólito se deformar ao longo da interconexão. Consequentemente, uma interconexão pode precisar ser construída para manter a integridade da vedação.

[0070] Dentro da bateria, as interconexões podem interfacear com os coletores de corrente ou podem de fato formar os coletores de corrente. Nesse sentido, a interconexão pode precisar atender aos requisitos dos coletores de corrente, conforme descrito aqui, ou pode precisar formar uma conexão elétrica com estes coletores de corrente.

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23/91 [0071] Uma classe de interconexões e coletores de corrente candidatos é a de folhas metálicas. Estas folhas metálicas estão disponíveis em espessuras de 25 mícrons ou menos, o que as torna adequadas para baterias muito finas. Estas folhas metálicas podem também ser adquiridas com baixo grau de aspereza de superfície e contaminação, dois fatores que podem ser críticos para o desempenho da bateria. As folhas metálicas podem ser de zinco, níquel, latão, cobre, titânio, outros metais e várias ligas.

Eletrólito [0072] Um eletrólito é um componente de uma bateria que facilita a ocorrência de uma reação química entre os materiais químicos dos eletrodos. Eletrólitos típicos podem ser eletroquimicamente ativos em relação aos eletrodos, por exemplo, permitindo que as reações de oxidação e redução ocorram. Em alguns exemplos, esta importante atividade eletroquímica pode tornar a criação de dispositivos que sejam biocompatíveis um desafio. Por exemplo, hidróxido de potássio (KOH) pode ser um eletrólito comumente usado em células alcalinas. Em alta concentração, o material tem um alto pH e pode interagir desfavoravelmente com vários tecidos vivos. Por outro lado, em alguns exemplos, podem ser empregados eletrólitos que podem ser menos eletroquimicamente ativos; entretanto, esses materiais tipicamente podem resultar no desempenho elétrico reduzido, como tensão de célula reduzida e resistência de célula aumentada. Consequentemente, o eletrólito pode constituir um aspecto principal do design e engenharia de uma microbateria biomédica. Pode ser desejável que o eletrólito seja suficientemente ativo para cumprir os requisitos elétricos enquanto também é relativamente seguro para uso dentro ou sobre o corpo.

[0073] Vários cenários de teste podem ser usados para determinar a segurança dos componentes de bateria, em particular eletrólitos, em relação a células vivas. Estes resultados, em conjunto com os testes

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24/91 da embalagem da bateria, podem permitir o design de engenharia de um sistema de bateria que pode atender aos requisitos. Por exemplo, ao desenvolver uma lente de contato energizada, os eletrólitos da bateria podem ser testados em um modelo de célula córnea humana. Estes testes podem incluir experimentos relativos à concentração do eletrólito, ao tempo de exposição e aos aditivos. Os resultados de tais testes podem indicar o metabolismo da célula e outros aspectos fisiológicos. Os testes também podem incluir teste in-vivo em animais e humanos.

[0074] Eletrólitos, como usado aqui, podem incluir cloreto de zinco, acetato de zinco, acetato de amônio e cloreto de amônio em concentrações mássicas de aproximadamente 0,1 por cento a 25 por cento. As concentrações específicas podem depender da atividade eletroquímica, do desempenho da bateria, da vida útil, da integridade de vedação e da biocompatibilidade.

[0075] Em alguns exemplos, várias classes de aditivos podem ser usadas na composição de um sistema de bateria. Aditivos podem ser misturados à base de eletrólito para alterar suas características. Por exemplo, agentes gelificantes como ágar podem reduzir a capacidade do eletrólito de vazar da embalagem, aumentando assim a segurança. Inibidores de corrosão podem ser adicionados ao eletrólito, por exemplo, para melhorar a vida útil através da redução da dissolução indesejada do ânodo 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 adversamente o perfil de segurança da bateria. Agentes umectantes ou tensoativos podem ser adicionados, por exemplo, para permitir que o eletrólito umedeça o separador ou preencha a embalagem da bateria. Novamente, estes agentes umectantes podem ser positivos ou negativos em relação à segurança. A adição de tensoativo ao eletrólito pode aumentar a

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25/91 impedância elétrica da célula, consequentemente a menor concentração de tensoativo para alcançar as propriedades de umedecimento desejadas ou outras propriedades deveria ser usada. Exemplos de agentes tensoativos podem incluir Triton®, X-100, Triton® QS44, e Dowfax® 3B2 em concentrações de 0,01 a 2 por cento.

[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] Também estão surgindo eletrólitos inovadores que podem melhorar muito o perfil de segurança das microbaterias biomédicas. Por exemplo, uma classe de eletrólitos sólidos pode ser inerentemente resistente ao vazamento enquanto ainda oferece desempenho elétrico adequado.

[0078] Baterias que utilizam eletrólito de água salgada são comumente usadas em células reserva para uso marítimo. Torpedos, bóias e luzes de emergência podem utilizar estas baterias. Células reservas são baterias nas quais os materiais ativos, os eletrodos e eletrólitos, permanecem separados até o momento de uso. Devido a essa separação, a autodescarga das células é muito reduzida e vida útil é muito maior. Baterias de água salgada podem ser projetadas a partir de uma variedade de materiais de eletrodo, incluindo zinco, magnésio, alumínio, cobre, latão, dióxido de manganês e óxido de prata. O eletrólito pode ser água do mar real, por exemplo, água do oceano inundando a bateria após o contato, ou pode ser uma formulação salina especialmente projetada. Este tipo de bateria pode ser particularmente útil em lentes de contato. Um eletrólito salino pode ter biocompatibilidade superior à de eletrólitos clássicos como hidróxido de potássio e cloreto de zinco. 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 tampão. Demonstrou-se esta solução como

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26/91 um eletrólito de bateria em combinação com um ânodo de zinco e um cátodo de dióxido de manganês. Outras combinações de eletrólito e eletrodo são possíveis. Uma lente de contato que usa uma bateria de água salgada pode conter um eletrólito com base em cloreto de sódio, solução de embalagem, ou até mesmo um eletrólito especificamente modificado semelhante ao fluido de lágrima. Tal bateria poderia, por exemplo, ser ativada com solução de embalagem, manter uma abertura ao olho e continuar operando com exposição a lágrimas humanas.

[0079] Além ou ao invés de possíveis benefícios para biocompatibilidade com o uso de um eletrólito mais semelhante a lágrimas, ou realmente usar lágrimas, uma célula de reserva pode ser usada para satisfazer os requisitos de vida de prateleira de um produto de lente de contato. Lentes de contato típicas são especificadas para armazenamento de 3 anos ou mais. Este é um requisito desafiador para uma bateria com uma embalagem fina e pequena. Uma célula de reserva para uso em uma lente de contato pode ter design semelhante àqueles mostrados nas Figuras 3 e 11, mas o eletrólito não seria adicionado no momento de fabricação. O eletrólito pode ser armazenado em uma ampola dentro da lente de contato e conectado à bateria, ou a salina ao redor da bateria pode ser usada como o eletrólito. Dentro da lente de contato e da embalagem da bateria, uma válvula ou porta pode ser projetada para separar o eletrólito dos eletrodos até o usuário ativar a lente. Mediante a ativação, talvez simplesmente comprimindo a borda da lente de contato similar à ativação de uma vareta luminosa, permite-se que o eletrólito flua para o interior da bateria e forme uma trajetória iônica entre os eletrodos. Isso pode envolver uma transferência única do eletrólito ou pode expôr a bateria para difusão continuada.

[0080] Alguns sistemas de bateria podem usar ou consumir eletrólito durante a reação química. Consequentemente, pode ser necessá

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27/91 rio projetar a inclusão de um certo volume de eletrólito no sistema embalado. Esse eletrólito pode ser estacionado em vários locais que incluem o separador ou um reservatório.

[0081] Em alguns exemplos, um design de um sistema de bateria pode incluir um componente ou componentes que podem funcionar para limitar a capacidade de descarga do sistema de bateria. Por exemplo, pode ser desejável projetar os materiais e quantidades de materiais do ânodo, cátodo, ou eletrólito de modo que um deles possa ser esgotado primeiro durante o curso das reações no sistema de bateria. Nesse exemplo, o esgotamento de um ânodo, cátodo 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, gás excessivo ou subprodutos que poderíam ser prejudiciais à segurança e outros fatores.

Componentes da bateria modular [0082] Em alguns exemplos, um componente modular da bateria pode ser formado de acordo com alguns aspectos e exemplos da presente revelação. Nestes exemplos, o conjunto da bateria modular pode ser um componente separado de outras partes do dispositivo 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 várias vantagens na formação de 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 e não integrado que pode aliviar a necessidade de manusear componentes plásticos ópticos rígidos tridimensionalmente formados. Além disso, as fontes de fabricação podem ser mais flexíveis e podem operar em um modo mais paralelo à fabricação de outros componentes no dispositivo biomédico. Além disso, a fabrica

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28/91 ção dos componentes de bateria modular pode ser desacoplada das características de dispositivos com formato tridimensional. Por exemplo, em aplicações que exigem formas finais tridimensionais, um sistema de baterias modulares pode ser fabricado numa perspectiva plana ou aproximadamente bidimensional e, em seguida moldada na forma tridimensional apropriada. Um componente de bateria modular pode ser testado independentemente do resto do dispositivo biomédico, e a perda de rendimento devido a componentes de bateria pode ser resolvida antes da montagem. O componente da bateria modular resultante pode ser utilizado em vários construtos de inserção de meio que não têm uma região rígida adequada sobre a qual os componentes de bateria podem ser formados, e, em ainda outro exemplo, o uso dos componentes de bateria modular pode facilitar o uso de opções diferentes para as tecnologias de fabricação do que seriam, de outra forma, utilizados, como uma tecnologia baseada em manta (rolo a rolo), tecnologia baseada em lâmina (lâmina a lâmina), impressão, litografia e processamento por rodo. Em alguns exemplos de uma bateria modular, o aspecto de restrição discreta de tal dispositivo pode resultar em material adicional sendo adicionado ao construto do dispositivo biomédico de modo geral. Tais efeitos podem definir uma restrição para o uso de soluções de bateria modular quando parâmetros de espaço disponível exigem espessura ou volume reduzido das soluções. [0083] Os requisitos de formato da bateria podem ser motivados, pelo menos em parte, pela aplicação na qual a bateria deverá ser usada. Fatores de forma da bateria tradicional podem ser formas cilíndricas ou prismas retangulares, feitos de metal, e podem ser voltados para produtos que exigem grandes quantidades de energia por longas durações. Essas aplicações podem ser grandes o suficiente para que as mesmas possam conter baterias de fator de forma grande. Em outro exemplo, as baterias de estado sólido planares podem ser prismas

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29/91 retangulares finos, tipicamente formados a partir de silício ou vidro inflexível. Estas baterias de estado sólido planas podem ser formadas, em alguns exemplos, através do uso de tecnologias de processamento de pastilha de silício. Em um outro tipo de fator de forma de bateria, baterias de baixo consumo e flexíveis podem ser formadas em um construto de bolsa, usando finas folhas metálicas ou plástico para conter a química da bateria. 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 de bateria na presente revelação nos quais a bateria pode ser empregada em uma lente óptica variável, o fator de forma pode exigir uma curvatura tridimensional do componente de bateria, sendo que um raio desta curvatura pode ser da ordem de aproximadamente 8,4 mm. A natureza de tal curvatura pode ser considerada relativamente íngreme e para referência pode se aproximar do tipo de curvatura observado em uma ponta de dedo humano. A natureza de uma curvatura íngreme relativa cria aspectos desafiadores para fabricação. Em alguns exemplos da presente revelação, um componente de bateria modular pode ser projetado de modo que possa ser fabricado de maneira bidimensional e plana e, então, formado em uma forma tridimensional de curvatura relativamente alta.

Espessura do módulo da bateria [0085] No design de componentes de bateria para aplicações biomédicas, podem ser feitas concessões entre os vários parâmetros para equilibrar 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 lente óptica, a capacidade de um dispositivo ser usado confortavelmente por um usuário pode depender criticamente da espessura pelo dispositivo biomédico. Por

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30/91 tanto, pode haver aspectos permissivos críticos ao se projetar a bateria buscando resultados mais finos. Em alguns exemplos, a espessura da bateria pode ser determinada pelas espessuras combinadas das espessuras das folhas superior e inferior, lâminas espaçadoras e camada adesiva. Aspectos práticos de fabricação podem motivar certos parâmetros da espessura do filme para valores padrão no estoque de lâmina disponível. Além disso, os filmes podem ter valores mínimos de espessura aos quais eles podem ser especificados com base em considerações técnicas referentes à compatibilidade química, impermeabilidade gasosa / à umidade, acabamento da superfície e compatibilidade com revestimentos que podem ser depositados sobre as camadas de filme.

[0086] Em alguns exemplos, uma espessura desejada ou ideal de um componente de bateria acabado pode ser uma espessura de componente menor que 220 pm. Nestes exemplos, esta espessura desejada pode ser motivada pela geometria tridimensional de um dispositivo de lente oftálmica exemplificador, sendo que o componente de bateria pode precisar ser encaixado dentro do volume disponível definido pelo conforto do usuário final com a forma de uma lente hidrogel, pela biocompatibilidade e pelas restrições de aceitação. Este volume e seu efeito sobre as necessidades de espessura do componente de bateria pode ser uma função da especificação da espessura total do dispositivo, bem como da especificação do dispositivo referente a sua largura, ângulo cônico e diâmetro interno. Uma outra consideração de design importante para o design de componente de bateria resultante pode se referir ao volume disponível para produtos químicos e materiais ativos de bateria em um dado design de componente de bateria com relação à energia química resultante que pode resultar deste design. Esta energia química resultante pode então ser equilibrada para os requisitos elétricos de um dispositivo biomédico funcional em relação à sua

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31/91 vida útil alvo e condições operacionais.

Flexibilidade do módulo de bateria [0087] Outra dimensão de relevância ao design da bateria e ao design dos dispositivos relacionados que utilizam fontes de energia com base em baterias é a flexibilidade do componente de bateria. Pode haver várias vantagens conferidas por formas de bateria flexível. 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 numa forma tridimensional apropriada para encaixar-se em um dispositivo biomédico, tal como uma lente de contato.

[0088] Em um outro exemplo dos benefícios que podem ser conferidos pela flexibilidade no módulo de bateria, se a bateria e o dispositivo subsequente são flexíveis, então pode haver vantagens referentes ao uso do dispositivo. Em um exemplo, uma forma da lente de contato de um dispositivo biomédico pode ter vantagens em relação à inserção/remoção da lente de contato com base em inserto de mídia, que pode estar mais próxima à inserção/remoção de uma lente de contato de hidrogel não preenchida padrão.

[0089] O número de flexões pode ser importante no projeto da bateria. Por exemplo, uma bateria que pode flexionar apenas uma vez, de uma forma plana para um formato adequado para uma lente de contato, pode ter um design significativamente diferente de uma bateria capaz de múltiplas flexões. A flexão da bateria pode também ir 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 alternadas pela flexão. As mudanças induzidas pela flexão podem parecer instantaneamente, por exemplo, como mudan

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32/91 ças na impedância, ou a flexão pode introduzir mudanças que são apenas evidentes em testes de vida útil a longo prazo.

Largura do módulo de bateria [0090] Pode haver inúmeras aplicações em que podem ser utilizados os elementos de energização biocompatíveis ou as baterias da presente revelação. Em geral, o requisito de largura da bateria pode ser em grande parte uma função da aplicação na qual ela está aplicada. Em um caso exemplificador, um sistema de bateria de lente de contato pode ter necessidades restritas para a especificação em relação à largura de um componente de bateria modular. Em alguns exemplos de um dispositivo oftálmico onde o dispositivo tem uma função óptica variável energizada por um componente de bateria, a porção óptica variável do dispositivo pode ocupar uma região esférica central de cerca de 7,0 mm em 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 num anel cônico truncado. Se o diâmetro máximo necessário do elemento de inserção rígido for um diâmetro de 8,50 mm e tangência a uma certa esfera do diâmetro pode ser visada (como, por exemplo, em um diâmetro de aproximadamente 8,40 mm), então a geometria pode ditar qual a largura permissível da bateria. Pode haver modelos geométricos que podem ser úteis para calcular as especificações desejáveis para a geometria resultante que, em alguns exemplos, pode ser chamada de tronco cônico achatado em um setor de um anel.

[0091] A largura da bateria achatada pode ser motivada por duas características do elemento de bateria, os componentes ativos de bateria e largura de vedação. Em alguns exemplos referentes a dispositivos oftálmicos, uma espessura alvo pode estar entre 0,100 mm e 0,500 mm por lado, e os componentes ativos de bateria podem ser vi

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33/91 sados para ter aproximadamente 0,800 mm de largura. Outros dispositivos biomédicos podem ter restrições de design diferentes, mas os princípios para elementos de bateria plana flexível podem ser aplicados de forma similar.

Cavidades como elementos de design no design do componente de bateria [0092] Em alguns exemplos, elementos de bateria podem ser projetados de modos que segmentam as regiões da química ativa da bateria. Pode haver várias vantagens na divisão dos componentes ativos de bateria em segmentos discretos. Em um exemplo não limitador, a fabricação de elementos discretos e menores pode facilitar a produção dos elementos. A função dos elementos de bateria, incluindo vários elementos menores, pode ser melhorada. Defeitos de vários tipos podem ser segmentados, e elementos não funcionais podem ser isolados em alguns casos para resultar em redução na perda de função. Isso pode ser relevante em exemplos nos quais a perda de eletrólito de bateria pode ocorrer. O isolamento de componentes individualizados pode permitir que um defeito que resulte no vazamento de eletrólito para fora das regiões críticas da bateria tenha a perda de função limitada àquele pequeno segmento do elemento de bateria total, enquanto a perda de eletrólito através do defeito poderia esvaziar uma região significativamente maior em baterias configuradas como uma única célula. Células menores podem resultar, de modo geral, em um volume reduzido de químicos ativos de bateria, mas a rede de material ao redor de cada uma das células menores pode resultar em um fortalecimento da estrutura total.

Vedações internas do elemento de bateria [0093] Em alguns exemplos de elementos de bateria para uso em dispositivos biomédicos, a ação química da bateria envolve a química aquosa, onde água ou umidade é um constituinte importante a ser

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34/91 controlado. Assim, pode ser importante incorporar os mecanismos de vedação que retardem ou evitem o trânsito de umidade tanto fora quanto para dentro do corpo da bateria. Barreiras à umidade podem ser projetadas para manter o teor de umidade interna em um nível designado, dentro de certa tolerância. Em alguns exemplos, a barreira à umidade pode ser dividida em duas seções ou componentes, a saber, 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 d'água (WVTR) pode ser um indicador do desempenho, com os padrões ISO e ASTM controlando o procedimento de teste, incluindo as condições ambientais operantes durante o teste. Idealmente, a WVTR para uma boa embalagem da bateria pode ser zero. Materiais exemplificadores com uma WVTR próxima de zero podem ser vidro e laminados metálicos. Plásticos, por outro lado, podem ser inerentemente porosos à umidade e podem variar significativamente se tratando de diferentes tipos de plástico. Materiais projetados, laminados, ou co-extrudados podem geralmente ser híbridos dos materiais de embalagem comuns.

[0095] A vedação pode ser a interface entre duas das superfícies de embalagem. A conexão das superfícies de vedação finaliza o invólucro juntamente com a embalagem. Em muitos exemplos, a natureza dos designs de vedação pode torná-los difíceis de caracterizar em relação à WVTR da vedação devido à dificuldade em se realizar medições usando um padrão ISO ou ASTM, por exemplo, o tamanho da amostra ou área superficial podem não ser compatíveis com estes procedimentos. Em alguns exemplos, uma forma prática de testar a integridade de vedação pode ser um teste funcional do design real da vedação, em relação a algumas condições definidas. O desempenho da vedação pode ser uma função do material de vedação, da espessu

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35/91 ra da vedação, do comprimento da vedação, da largura de vedação e da adesão ou intimidade da vedação com os substratos da embalagem.

[0096] Em alguns exemplos, as vedações podem ser formadas por um processo de soldagem que pode envolver processamento térmico, a laser, por solvente, por fricção, ultrassônico ou de arco. Em outros exemplos, 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 tipo guarnição que pode ser formado de cortiça, borracha natural e sintética, poli(tetrafluoroetileno) (PTFE), polipropileno e silícios para mencionar alguns exemplos não limitadores.

[0097] Em alguns exemplos, as baterias de acordo com a presente revelação podem ser projetadas para ter uma vida de operação especificada. A vida operacional pode ser estimada através da determinação de uma quantidade prática de permeabilidade à umidade que pode ser obtida usando um sistema de bateria particular e, então, estimando quando um vazamento de umidade tal pode resultar em uma condição de fim de vida útil para a bateria. Por exemplo, se uma bateria é armazenada em um ambiente úmido, então a diferença da pressão parcial entre parte interna e externa da bateria será mínima, resultando em uma taxa de perda de umidade reduzida e, assim, a vida da bateria pode ser estendida. A mesma bateria exemplificadora armazenada em um ambiente particularmente seco e quente pode ter um ciclo de vida significativamente reduzido devido à forte função de acionamento para perda de umidade.

Separadores do elemento de bateria [0098] As baterias do tipo descrito na presente revelação podem utilizar um material separador que separa física e eletricamente o ânodo e as porções do coletor de corrente do ânodo do cátodo e as por

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36/91 ções do coletor de corrente do cátodo. O separador pode ser uma membrana que é permeável a água e componentes de eletrólito dissolvidos; entretanto, pode ser tipicamente eletricamente nãocondutivo. Embora uma variedade de materiais separadores comercialmente disponíveis possa ser conhecida aos versados na técnica, o fator de forma inovadora da presente revelação pode apresentar restrições únicas sobre a tarefa de seleção do separador, processamento e manuseio.

[0099] Uma vez que os projetos da presente revelação podem ter perfis ultrafinos, a escolha pode ser limitada aos materiais separadores mais finos tipicamente disponíveis. Por exemplo, separadores de aproximadamente 25 mícrons de espessura podem ser desejáveis. Alguns exemplos que podem ser vantajosos podem ter cerca de 12 mícrons de espessura. Pode haver vários separadores comerciais aceitáveis que incluem membranas separadoras de monocamada de polietileno microporoso microfibrilado e/ou de tricamada de polipropileno-polietileno-polipropileno (PP/PE/PP), como as produzidas pela Celgard (Charlotte, NC). Um exemplo desejável de material separador pode ser a membrana de tricamada da Celgard M824 PP/PE/PP tendo uma espessura de 12 mícrons. Exemplos de materiais alternativos de separação úteis para exemplos da presente revelação podem incluir membranas separadoras que compreendem celulose regenerada (por exemplo, celofane).

[0100] Embora as membranas separadoras de camada tripla de PP/PE/PP possam ter propriedades mecânicas e espessura vantajosas, devido ao seu caráter poliolefínico, as mesmas também podem ter diversas desvantagens que devem ser superadas para torná-las úteis nos exemplos da presente revelação. O estoque de rolo ou lâmina de materiais separadores de tricamada de PP/PE/PP pode ter várias rugas ou outros erros de forma que podem ser prejudiciais às tole

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37/91 râncias a nível de mícron aplicáveis às baterias aqui descritas. Além disso, os separadores de poliolefina podem precisar ser cortados para tolerâncias ultra-precisas 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, certos lasers de corte úteis para micro fabricação podem empregar comprimentos de onda laser, por exemplo, 355 nm, que não são capazes de cortar poliolefinas. As poliolefinas não absorvem consideravelmente a energia laser e são, portanto, não passíveis de ablação. Finalmente, os separadores de poliolefina podem não ser inerentemente umidificáveis nos eletrólitos aquosos usados nas baterias aqui descritas.

[0101] No entanto, pode haver métodos para superar estas limitações inerentes a membranas do tipo poliolefínico. A fim de apresentar uma membrana separadora microporosa a um laser de corte de alta precisão para cortar peças em segmentos de arco ou outros designs vantajosos de separador, a membrana pode precisar ser plana e isenta de rugas. Se estas duas condições não são atendidas, a membrana separadora pode não ser completamente cortada, pois o feixe de corte pode ser inibido como resultado da desfocagem ou da dispersão da energia a laser incidente. Adicionalmente, se a membrana separadora não for plana e isenta de rugas, a precisão da forma e as tolerâncias geométricas da membrana separadora podem não ser suficientemente obtidas. Tolerâncias admissíveis para separadores de exemplos atuais podem ser de preferência +0 mícrons e -20 mícrons com relação aos comprimentos e/ou raios característicos. Pode haver vantagens em tolerâncias mais rigorosas de +0 mícrons e -10 mícrons e também para tolerâncias de +0 mícrons e -5 mícrons. É possível tornar o material de estoque separador plano e isento de rugas através da laminação

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38/91 temporária do material em um veículo de vidro flutuante com um líquido de baixa volatilidade apropriado. 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, observou-se que obter uma membrana separadora plana e isenta de rugas no vidro flutuante usando um líquido é muito mais fácil que utilizar um adesivo. Antes da laminação, pode-se fazer com que a membrana separadora seja isenta de particulados. Isso pode ser obtido pela limpeza ultrassônica da membrana separadora para desalojar qualquer particulado aderente a superfícies. Em alguns exemplos, o manuseio de uma membrana separadora pode ser feito em um ambiente adequado com baixa presença de partículas, como uma capota de fluxo laminar ou uma sala limpa de, pelo menos, classe 10,000. Além disso, o substrato vítreo flutuante pode ser feito para ser isento de particulados através do enxágue com um solvente apropriado, da limpeza ultrassônica e/ou do esfregamento com panos de limpeza de sala limpa.

[0102] Enquanto uma ampla variedade de líquidos de baixa volatilidade pode ser usada para a finalidade mecânica de laminar membranas separadoras de poliolefina microporosa em um veículo vítreo flutuante, requisitos específicos podem ser impostos ao líquido para facilitar o corte a laser subsequente das formas do separador discreto. Um requisito pode ser que o líquido tenha uma tensão superficial baixa o suficiente para penetrar nos poros do material separador, o que pode facilmente ser verificado por inspeção visual. Em alguns exemplos, o material separador passa de uma cor branca para uma aparência translúcida quando o líquido preenche os microporos do material. Pode ser desejável escolher um líquido que possa ser benigno e seguro

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39/91 para trabalhadores que serão expostos às operações de preparação e corte do separador. Pode ser desejável escolher um líquido cuja pressão de vapor possa ser baixa o suficiente para que não ocorra evaporação considerável durante a escala de tempo do processamento (da ordem de 1 dia). Finalmente, em alguns exemplos, o líquido pode ter poder de solvatação suficiente para dissolver os absorvedores UV vantajosos que possam facilitar a operação de corte a laser. Em um exemplo, foi observado que uma solução de 12 por cento (p/p) de absorvedor UV de avobenzona em solvente de benzoato de benzila pode atender aos requisitos previamente mencionados e pode servir para facilitar o corte a laser de separadores de poliolefina com alta precisão e tolerância em curta ordem sem um número excessivo de passadas do feixe de laser de corte. Em alguns exemplos, separadores podem ser cortados com um laser de estado sólido bombeado por diodo de 8 W 355 nm nanosegundos usando esta abordagem, sendo que o laser pode ter configurações para atenuação de baixa energia (por exemplo, 3 por cento de energia), uma velocidade moderada de 1 a 10 mm/s, e apenas 1 a 3 passadas do feixe de laser. Enquanto comprovou-se que esta composição oleosa absorvente UV auxilia eficazmente o processo de laminação e corte, outras formulações oleosas podem ser concebidas pelos versados na técnica e usadas sem limitação.

[0103] Em alguns exemplos, um separador pode ser cortado enquanto fixo em um vidro flutuante. Uma vantagem dos separadores de corte a laser, enquanto fixados a um veículo de vidro flotado, pode ser que um número muito alto de densidade de separadores pode ser cortado de uma folha de estoque de separador; muito semelhante a matriz de semicondutor pode ser densamente disposto em matriz em uma pastilha de silício. Tal abordagem pode fornecer economia de escala e vantagens de processamento em paralelo inerentes aos processos do semicondutor. Além disso, a geração de membrana separadora exce

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40/91 dente pode ser reduzida. Uma vez que os separadores tiverem sido cortados, o fluido oleoso de auxílio do processo pode ser removido por uma série de etapas de extração com solventes miscíveis, a última extração pode ser realizada com um solvente de alta volatilidade, como álcool isopropílico, em alguns exemplos. Separadores discretos, uma vez extraídos, podem ser indefinidamente armazenados em qualquer ambiente adequado com baixa presença de partículas.

[0104] Conforme anteriormente mencionado, as membranas separadores de poliolefina podem ser inerentemente hidrofóbicas e podem precisar ser umedecidas para os tensoativos aquosos usados nas baterias da presente revelação. Uma abordagem para tornar as membranas separadores úmidas pode ser tratamento por plasma de oxigênio. Por exemplo, separadores podem ser tratados durante 1 a 5 minutos em 100 por cento de plasma de oxigênio em uma ampla variedade de configurações de energia e taxas de fluxo de oxigênio. Enquanto esta abordagem pode melhorar a umedecibilidade por um tempo, pode ser bem conhecido o fato de que as modificações de superfície de plasma fornecem um efeito temporário que pode não durar tempo o suficiente para efetivar a umidificação robusta de soluções de eletrólito. Uma outra abordagem para melhorar a umedecibilidade das membranas separadores pode ser tratar a superfície incorporando um tensoativo adequado na membrana. Em alguns casos, o tensoativo pode ser usado em conjunto com um revestimento polimérico hidrofílico que permanece dentro dos poros da membrana separadora.

[0105] Uma outra abordagem para fornecer mais permanência à capacidade hidrofílica conferida por um tratamento de plasma oxidativo pode ser o tratamento subsequente com um organossilano hidrofílico adequado. Dessa forma, o plasma de oxigênio pode ser usado para ativar e distribuir grupos funcionais ao longo de toda a área da superfície do separador microporoso. O organossilano pode então ligar

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41/91 covalentemente e/ou aderir não covalentemente à superfície tratada com plasma. Nos exemplos que usam um organossilano, a porosidade inerente do separador microporoso pode não ser alterada de forma apreciável; a cobertura de superfície de monocamada também pode ser possível e desejada. Os métodos da técnica anterior que incorporam tensoativos em conjunto com revestimentos poliméricos podem exigir controle rigoroso em relação à quantidade real de revestimento aplicado à membrana, e podem então estar sujeitos à variabilidade de processo. Em casos extremos, poros do separador podem ser tornar bloqueados, afetando assim adversamente a utilidade do separador durante a operação da célula eletroquímica. Um organossilano exemplificador útil na presente revelação pode ser o (3-aminopropil)trietoxisilano. Outros organossilano hidrofílicos podem ser conhecidos pelos versados na técnica e podem ser usados sem limitação.

[0106] Mais um outro método para tornar as membranas separadores umedecíveis pelo eletrólito aquoso pode ser a incorporação de um tensoativo adequado na formulação de eletrólito. Uma consideração na escolha de tensoativo para tornar as membranas separadores umedecíveis pode ser o efeito que o tensoativo pode ter na atividade de um ou mais eletrodos dentro da célula eletroquímica, por exemplo, aumentando a impedância elétrica da célula. Em alguns casos, tensoativos podem ter propriedades anticorrosão vantajosas, especificamente no caso de ânodos de zinco em eletrólitos aquosos. Zinco pode ser um exemplo conhecido por passar por uma reação lenta com água para liberar gás hidrogênio, que pode ser indesejável. Vários tensoativos podem ser conhecidos pelos versados na técnica por limitar as taxas da dita reação a níveis vantajosos. Em outros casos, o tensoativo pode interagir tão fortemente com a superfície de eletrodo de zinco que o desempenho da bateria pode ser impedido. Consequentemente, muito cuidado pode ser necessário na seleção de tipos de tensoativo e

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42/91 níveis de carga apropriados para garantir que a umedecibilidade do separador pode ser obtida sem afetar prejudicialmente o desempenho eletroquímico da célula. Em alguns casos, uma pluralidade de tensoativos pode ser usada, um estando presente para conferir umedecibilidade à membrana separadora, e o outro estando presente para facilitar as propriedades anticorrosão do ânodo de zinco. Em um exemplo, nenhum tratamento hidrofílico é feito à membrana separadora, e um tensoativo, ou uma pluralidade de tensoativos, é adicionado à formulação de eletrólito em uma quantidade suficiente para influenciar a umedecibilidade da membrana separadora.

[0107] Os separadores discretos podem ser integrados no interior da microbateria laminar por colocação direta no interior de uma cavidade, pequeno invólucro, ou estrutura projetada dentro da montagem. Desejavelmente, esse pequeno invólucro pode ser formado por um espaçador que tem um recorte que pode ser um desvio geométrico do formato de separador. Ademais, o pequeno invólucro pode ter uma saliência ou degrau no qual 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 [0108] Em alguns exemplos, a pluralidade de componentes compreendendo as microbaterias laminares da presente revelação pode ser mantida em conjunto com um adesivo sensível à pressão (PSA) que também serve como um vedante. 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

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43/91 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.

[0109] PSAs adequados podem, por outro lado, exibir as seguintes propriedades. Eles podem poder ser aplicados a componentes laminares, a fim de se obter camadas finas, da ordem de 2 a 20 mícrons. Eles também podem conter um mínimo de, preferivelmente zero, de componentes indesejáveis não biocompatíveis. Adicionalmente, eles podem ter propriedades adesivas e coesivas suficientes para unir os componentes da bateria laminar. E eles podem ser capazes de fluir ao interior dos recursos de escala de mícrons inerentes aos dispositivos da presente construção, e simultaneamente fornecer uma vedação robusta de eletrólito dentro da bateria. Em alguns exemplos de PSAs adequados, os PSAs podem ter uma baixa permeabilidade a vapor d'água a fim de manter uma composição desejável de eletrólito aquoso dentro da bateria, mesmo em casos em que a bateria possa ser submetida a extremos de umidade por períodos de tempo prolongados. Os PSAs podem ter boa resistência química a componentes de eletrólitos como ácidos, tensoativos e sais. Eles podem ser inertes aos efeitos da imersão em água. PSAs adequados podem ter uma baixa permeabilidade a oxigênio para minimizar a taxa de oxidação direta, que pode ser uma forma de auto-descarga, de ânodos de zinco. E eles podem facilitar uma permeabilidade finita a gás hidrogênio, que pode ser lentamente desenvolvido a partir de ânodos de zinco em eletrólitos aquosos. Esta propriedade da permeabilidade finita a gás hidrogênio pode evitar o acúmulo de pressão interna.

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44/91 [0110] Considerando-se estes requisitos, poli-isobutileno (PIB) pode ser um material comercialmente disponível que pode ser formulado em composições de PSA atendendo a muitos, se não a todos, os requisitos desejáveis. Além disso, PIB pode ser um selante de barreira excelente com absorbância de água muito baixa e baixa permeabilidade a oxigênio. Um exemplo de PIB útil nos exemplos da presente invenção pode ser o Oppanol® B15 da BASF Corporation. O Oppanol® B15 pode ser dissolvido em solventes de hidrocarboneto como tolueno, dodecano, aguarraz, e similares. Uma composição de PSA exemplificadora pode incluir 30 por cento de Oppanol® B15 (p/p) em uma mistura de solvente incluindo 70 por cento (p/p) de tolueno e 30 por cento de dodecano. As propriedades adesivas e reológicas de PSAs com base em PIB podem ser determinadas, em alguns exemplos, pela mistura de diferentes graus de massa molecular 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. Consequentemente, misturas de qualquer número de graus de massa molecular de PIB podem ser concebidas e podem ser praticadas dentro do escopo da presente invenção. Além disso, acentuadores de pegajosidade podem ser adicionados à formulação de PSA desde que os requisitos previamente mencionados possam ser atendidos. Por sua natureza, acentuadores de pegajosidade conferem propriedades polares às formulações de PSA, e podem precisar ser usados com cuidado para não afetar adversamente as propriedades de barreira do PSA. Além disso, acentuadores de pegajosidade podem, em alguns casos, ser oxidativamente instáveis, e podem incluir um antioxidante, que podería lixiviar do PSA. Por estas razões, acentuadores de pegajosidade exemplificadores para uso em PSAs para microbaterias laminares biocompatíveis podem incluir

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45/91 acentuadores de pegajosidade de resina de hidrocarbono completamente ou majoritariamente hidrogenados, como a série Regalrez de acentuadores de pegajosidade da Eastman Chemical Corporation.

Considerações adicionais de embalagem e substrato em módulos de bateria biocompatíveis [0111] Pode haver várias considerações de embalagem e substrato que podem ditar as características desejáveis para designs de embalagem usados em microbaterias laminares biocompatíveis. Por exemplo, a embalagem pode desejavelmente ter base, predominantemente, em folha metálica e/ou filme, sendo que estas camadas de embalagem podem sertão finas quanto possível, por exemplo, de 10 a 50 mícrons. Além disso, a embalagem pode fornecer uma barreira de difusão suficiente para ganho ou perda de umidade durante a vida útil. Em muitos exemplos desejáveis, a embalagem pode fornecer uma barreira de difusão suficiente ao ingresso de oxigênio para limitar a degradação de ânodos de zinco pela oxidação direta.

[0112] Em alguns exemplos, a embalagem pode fornecer um caminho de permeação finito ao gás hidrogênio, que pode se desenvolver devido à redução direta de água por zinco. E a embalagem pode desejavelmente conter suficientemente e pode isolar os conteúdos da bateria de modo que a exposição potencial a um usuário possa ser minimizada.

[0113] Na presente revelação, as construções das embalagens podem compreender os seguintes tipos de componentes funcionais; a saber, camadas de embalagem de topo e de fundo, camadas de PSA, camadas espaçadoras, zonas de interconexão, portas de preenchimento e embalagem secundária.

[0114] Em alguns exemplos, as camadas de embalagem de topo e de fundo podem ser compreendidas de folhas metálicas ou filmes de polímero. As camadas de embalagem de topo e de fundo podem ser

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46/91 compostas de construtos de filme com múltiplas camadas contendo uma pluralidade de polímeros e/ou camadas de barreira. Estes construtos de filme podem ser chamados de filmes laminados de barreira coextrudada. Um exemplo de um filme laminado de barreira coextrudado comercial de utilidade específica na presente invenção pode ser a camada de suporte 3M Scotchpak 1109, que consiste em uma manta carreadora de PET, uma camada de barreira de alumínio depositada a vapor e uma camada de polietileno que compreende uma espessura média de filme total de 33 mícrons. Vários outros filmes de barreira com múltiplas camadas similares podem estar disponíveis e podem ser usados em exemplos alternativos da presente invenção.

[0115] Nas construções de projeto que compreendem um PSA, aspereza de superfície de camada de embalagem pode ser de importância particular, porque o PSA também pode precisar vedar faces de camada de embalagem opostas. A aspereza de superfície pode resultar dos processos de fabricação usados em produção de folha metálica e filme, por exemplo, processos que empregam rolamento, extrusão, gofragem e/ou calandragem, entre outros. Se a superfície for muito áspera, o PSA pode não ter a capacidade de ser aplicado em uma espessura uniforme quando a espessura de PSA desejada pode estar na outra ordem da aspereza de superfície Ra. Além disso, PSAs podem não vedar adequadamente contra uma superfície oposta se a superfície oposta tiver uma aspereza que pode estar na ordem da espessura da camada de PSA. Na presente revelação, 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 de superfície podem ser de 5 mícrons ou menos. E, em ainda outros exemplos, a aspereza de superfície pode ser de 1 mícron ou menos. Valores de aspereza de superfície podem ser medidos por uma variedade de métodos incluindo, mas não se limitando a, técnicas de medi

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47/91 ção como interferometria de luz branca, perfilometria por agulha e similares. Pode haver muito exemplos na técnica de metrologia da superfície em que a aspereza de superfície pode ser descrita por vários parâmetros alternativos, e em que os valores de aspereza de superfície média, Ra, aqui discutidos podem ser visados como representativos dos tipos de recursos inerentes aos processos de fabricação previamente mencionados.

Coletor de correntes e eletrodos [0116] Em alguns exemplos de células de carbono de zinco e Leclanché, o coletor de corrente do cátodo pode ser uma haste de carbono sinterizado. Esse tipo de material pode enfrentar problemas técnicos de células eletroquímicas finas da presente revelação. Em alguns exemplos, tintas de carbono impressas podem ser usadas em células eletroquímicas delgadas para substituir uma haste de carbono sinterizado para o coletor de corrente do cátodo, e nestes exemplos, o dispositivo resultante pode ser formado sem prejuízo significativo para a célula eletroquímica resultante. Tipicamente, as ditas tintas de carbono podem ser aplicadas diretamente nos materiais de embalagem, que podem compreender filmes poliméricos ou, em alguns casos, folhas de metal. Nos exemplos em que o filme de embalagem pode ser uma folha metálica, a tinta de carbono pode precisar proteger a folha metálica subjacente de degradação química e/ou corrosão pelo eletrólito. Além disso, nesses exemplos, o coletor de corrente da tinta de carbono pode precisar fornecer condutividade elétrica de dentro da célula eletroquímica à parte externa da célula eletroquímica, o que implica em uma vedação ao redor ou através da tinta de carbono. Devido à natureza porosa de tintas de carbono, isso pode não ser facilmente realizado sem grandes desafios. Tintas de carbono também podem ser aplicadas em camadas que têm espessura relativamente pequena e finita, por exemplo, 10 a 20 mícrons. Em um projeto de célula eletroPetição 870180053964, de 22/06/2018, pág. 251/301

48/91 química fina no qual a espessura de embalagem total pode ser apenas cerca de 100 a 150 mícrons, a espessura de uma camada de tinta de carbono pode assumir uma fração significante do volume interno total da célula eletroquímica, assim, impactando negativamente no desempenho elétrico da célula. Além disso, a natureza delgada de toda a bateria e do coletor de corrente, em particular, pode implicar em uma pequena área em seção transversal para o coletor de corrente. Dado que a resistência de uma trilha aumenta com o comprimento da trilha e diminui com a área transversal, pode haver uma relação direta entre a espessura e a resistência do coletor de corrente. A resistividade a granel da tinta de carbono pode ser insuficiente para satisfazer o requisito de resistência das baterias finas. As tintas preenchidas com prata ou outros metais condutores podem também ser consideradas para reduzir a resistência e/ou espessura, mas as mesmas podem introduzir novos desafios, como 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 revelação 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. Tais folhas de metal podem ter resistividade significativamente menor, assim, permitindo que as mesmas atendam às exigências de resistência elétrica com espessura muito menor que as tintas de carbono impressas.

[0117] Em alguns exemplos, uma ou mais das camadas de embalagem superiores e/ou inferiores podem servir como um substrato para um metal coletor de corrente esferulado ou pilha metálica. 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 cátodo. Exemplos de pilhas de

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49/91 metal úteis como coletores de corrente de cátodo podem ser as camadas de adesão de Ti-W (titânio-tungstênio) e as camadas de condutor de Ti (titânio). As pilhas de metal úteis como coletores de corrente anódica podem ser camadas de adesão de Ti-W, camadas condutoras de Au (Ouro) e camadas de deposição de In (índio). A espessura das camadas de PVD deve ser preferencialmente inferior a 500 nm no total. Se múltiplas camadas de metais são usadas, as propriedades eletroquímicas e de barreira podem precisar ser compatíveis com a bateria. Por exemplo, cobre pode ser galvanizado no topo de uma camada de partícula inicial para cultivar uma camada condutora espessa. As camadas adicionais podem ser folheadas sobre o cobre. Entretanto, o cobre pode ser eletroquimicamente incompatível com certos eletrólitos, especialmente na presença de zinco. Consequentemente, se o cobre for utilizado como uma camada na bateria, pode precisar ser suficientemente isolado do eletrólito de bateria. De modo alternativo, o cobre pode ser excluído ou um outro metal substituído.

[0118] Em alguns outros exemplos, as folhas metálicas de embalagem superior e/ou inferior podem também funcionar como coletores de corrente. Por exemplo, uma folha metálica de latão de 25 mícrons pode ser útil como um coletor de corrente anódica para um ânodo de zinco. A folha metálica de latão pode ser opcionalmente galvanizada com índio antes de galvanizar com zinco. Em uma modalidade preferencial, as folhas metálicas para embalagem de coletor de corrente de cátodo podem compreender folha metálica de titânio, folha metálica de Hastelloy C-276, folha metálica de cromo e/ou folha metálica de tântalo. Em certos projetos, uma ou mais folhas metálicas de embalagem podem ser em branco finas, gravada, gofrada, texturizada, fabricada a laser, ou processada de outra forma para fornecer a forma desejável, rugosidade de superfície e/ou geometria do encapsulamento da célula.

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Ànodo e inibidores de corrosão de ânodo [0119] O ânodo da bateria laminar da presente revelação pode ser preferencialmente compreendido de zinco. Em baterias tradicionais de carbono-zinco, um ânodo de zinco pode adotar a forma física de uma lata, na qual o conteúdo da célula eletroquímica pode estar contido. Para a bateria da presente revelação, 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.

[0120] O zinco galvanizado pode ter exemplos de uso em inúmeras indústrias, por exemplo, para o revestimento protetor ou estético de peças metálicas. Em alguns exemplos, o zinco galvanizado pode ser usado para formar ânodos finos e isolantes úteis para as baterias da presente revelação. Além disso, o zinco galvanizado pode ser padronizado em configurações aparentemente intermináveis, dependendo do intuito do projeto. Um meio fácil para padronizar zinco eletrogalvanizado pode ser o processamento com o uso de uma fotomáscara ou uma máscara física. Uma máscara de deposição pode ser fabricada por uma variedade de abordagens. Uma abordagem pode ser usando-se uma fotomáscara. Nesses exemplos, uma fotorresistência pode ser aplicada a um substrato condutivo, o substrato sobre o qual o zinco pode subsequentemente ser folheado. O padrão de galvanização desejado pode ser então projetado para a fotorresistência por meio de uma fotomáscara, causando assim a cura de áreas selecionadas de fotorresistência. A fotorresistência não curada pode, então, ser removida com 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 esse método possa fornecer benefícios para o formato ou projeto do zinco a ser folheado, a abordagem pode exigir o uso de materiais fotopadronizáveis disponíveis, que podem ter propriedades limitadas para a construção

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51/91 geral 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 revelação.

[0121] Um meio alternativo para padronizar ânodos de zinco pode ser por meio de uma aplicação de máscara física. Uma máscara física pode ser feita cortando-se aberturas desejáveis em um filme que tenha propriedades desejáveis de barreira e/ou embalagem. Adicionalmente, o filme pode ter adesivo sensível à pressão aplicado a um ou ambos os lados. Finalmente, o filme pode ter tiras removíveis de proteção aplicadas a um ou ambos os adesivos. O forro de liberação pode servir as duas finalidades, de proteger o adesivo durante e o corte da abertura e proteger o adesivo durante específicas etapas de processamento de montagem da célula eletroquímica, especificamente, a etapa de preenchimento do cátodo, descrita na descrição a seguir. Em alguns exemplos, uma máscara de zinco pode ser compreendida de um filme de PET de aproximadamente 100 mícrons de espessura ao qual um adesivo sensível à pressão pode estar em ambos os lados em uma espessura de camada de aproximadamente 10 a 20 mícrons. Ambas as camadas de PSA podem ser cobertas por um filme removível de PET que pode ter um tratamento de superfície de energia de superfície baixa, e pode ter uma espessura aproximada de 50 mícrons. Nesses exemplos, a máscara de zinco de camadas múltiplas pode ser compreendida de um filme de PSA e PET. Os filmes de PET e construtos de máscara de zinco de PET/PSA conforme descrito na presente invenção podem ser desejavelmente processados com equipamento de microusinagem a laser com precisão de nanossegundos, como uma estação de trabalho de microusinagem a laser Oxford Lasers E-Series, para criar passagens ultra-precisas na máscara para facilitar a galvanização posterior. Em essência, uma vez que a máscara de zinco foi

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52/91 fabricada, um lado da tira removível pode ser removido, e a máscara com passagens pode ser laminada ao coletor de corrente do ânodo e/ou folha/filme de embalagem de lado de ânodo. Dessa maneira, o PSA cria uma vedação nas bordas internas das aberturas, facilitando a limpeza e encobrimento preciso do zinco durante a galvanoplastia. [0122] A máscara de zinco pode ser colocada e, então, a galvanização de um ou mais materiais metálicos pode ser realizada. Em alguns exemplos, o zinco pode ser galvanizado diretamente em uma folha metálica coletora de corrente de ânodo eletroquimicamente compatível, como bronze. Em exemplos de projeto alternativos, onde a embalagem do ânodo lateral compreende uma folha metálica de polímero ou folha metálica de polímero de camadas múltiplas sobre a qual a metalização de inicial foi aplicada, o zinco e/ou as soluções de folheamento usadas para depositar zinco podem não ser quimicamente compatíveis com a metalização inicial subjacente. As manifestações de falta de compatibilidade podem incluir rachaduras, corrosão e/ou evolução exacerbada de H2 no filme mediante contato com o eletrólito da célula. Nesse caso, metais adicionais podem ser aplicados ao metal inicial para afetar melhor a compatibilidade química geral no sistema. Um metal que pode encontrar utilidade específica nas construções de células eletroquímicas pode ser o índio. O índio pode ser amplamente usado como um componente de liga no grau de zinco da bateria com sua função primária sendo para fornecer uma propriedade anticorrosiva ao zinco na presença do eletrólito. Em alguns exemplos, o índio pode ser depositado corretamente em várias metalizações iniciais, como Ti-W e Au. Os filmes resultantes de 1 a 3 mícrons de índio nas ditas camadas de metalização inicial podem ser de baixa tensão e aderentes. Desse modo, o filme de embalagem do lado do ânodo e do coletor de corrente anexo que tem uma camada superior de índio pode ser conformável e durável. Em alguns exemplos, pode ser possível

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53/91 depositar zinco sobre a superfície tratada por índio, e o depósito resultante pode ser muito não uniforme e nodular. Este efeito pode ocorrer em configurações de baixas densidade de corrente, por exemplo, a 20 amperes por pé quadrado (ASF). Conforme visto sob microscópio, a formação de nódulos de zinco pode ser observada no depósito de índio liso subjacente. Em certos projetos de célula eletroquímica, a provisão de espaço vertical para a camada de ânodo de zinco pode ser de no máximo cerca de 5 a 10 mícrons, mas, em alguns exemplos, densidades de corrente inferiores podem ser usadas para folhear zinco, e o crescimento nodular resultante pode crescer mais alto que a provisão vertical máxima do ânodo. Pode ser porque o desenvolvimento de zinco nodular se origina de uma combinação do potencial em excesso alto de índio e a presença de uma camada de óxido de índio.

[0123] Em alguns exemplos, o folheamento de DC de densidade de corrente mais alta pode superar os padrões de crescimento nodulares de zinco relativamente grandes sobre as superfícies de índio. Por exemplo, condições de folheamento de 100 ASF podem resultar em zinco nodular, mas o tamanho dos nódulos de zinco pode ser drasticamente reduzido em comparação com condições de folheamento de 20 ASF. Além disso, o número de nódulos pode ser imensamente maior sob condições de folheamento de 100 ASF. O filme de zinco resultante pode, finalmente, se unir a uma camada mais ou menos uniforme, com somente algumas características residuais do crescimento nodular, enquanto atinge a provisão de espaço vertical de cerca de 5 a 10 mícrons.

[0124] Um benefício adicionado de índio na célula eletroquímica pode ser a redução de gás hidrogênio, que pode ser um processo lento que ocorre em células eletroquímicas aquosas que contêm zinco. O índio pode ser beneficamente aplicado a um ou mais dos coletores de corrente de ânodo, o ânodo em si, como um componente de liga cofo

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54/91 lheado, ou como um revestimento de superfície sobre o zinco galvanizado. Para o último caso, os revestimentos da superfície de índio podem ser desejavelmente aplicados in-situ por meio de um aditivo de eletrólito, como tricloreto de índio ou acetato de índio. Quando esses aditivos podem ser adicionados ao eletrólito em concentrações pequenas, o índio pode galvanizar espontaneamente em superfícies de zinco expostas bem como porções do coletor de corrente do ânodo exposto. [0125] Ânodos de zinco e similares, comumente usados em baterias primárias comerciais, são tipicamente encontrados sob a forma de folhas, hastes, e pastas. O ânodo de uma miniatura, bateria biocompatível pode ser de forma semelhante, por exemplo folha fina, ou pode ser galvanizada conforme mencionado anteriormente. As propriedades desse ânodo podem diferir significativamente daquelas em baterias existentes, por exemplo, devido a diferenças em contaminantes ou acabamentos de superfície, atribuídas aos processos de usinagem e folheamento. Consequentemente, os eletrodos e o eletrólito podem exigir manipulação especial para atender aos requisitos de capacidade, impedância e de vida útil. Por exemplo, os parâmetros especiais de processo de folheamento, uma composição especial do banho de folheamento, um tratamento de superfície especial e uma composição de eletrólito especial podem ser necessários para otimizar o desempenho do eletrodo.

Mistura para cátodo [0126] Pode haver diversas misturas químicas de cátodos que podem ser consistentes com os conceitos da presente revelação. Em alguns exemplos, uma mistura para cátodo, que pode ser um termo para uma formulação química utilizada para formar um cátodo 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

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55/91 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 misturada de forma apropriada, a mistura para cátodo pode ter uma reologia desejável que permite que a mesma seja dispensada em porções desejadas do separador e/ou coletor de corrente do cátodo, ou raspada com rodo através de uma tela ou estêncil de forma semelhante. Em alguns exemplos, a mistura para cátodo pode ser seca antes das etapas de montagem de montagem de célula posterior, enquanto em outros exemplos, o cátodo pode conter uma porção ou todos os componentes de eletrólito, e pode ser submetido a secagem somente parcial para um teor de umidade de selecionado.

[0127] O dióxido de manganês, que pode ser usado na mistura para cátodo, 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. Ademais, o DME útil em baterias da presente revelação pode precisar ter um tamanho de partícula e distribuição de tamanho de partícula que pode levar à formação de pastas/pastas fluidas de mistura para cátodo imprimíveis ou depositáveis. Especificamente, o DME pode ser processado para remover componentes particulados significativamente grandes que seriam considerados grandes em relação a outros recursos como dimensões de bateria interna, espessuras de separador, diâmetros de ponta de dispensação, tamanhos de abertura de estêncil, ou tamanhos de malha de tela. Em alguns exemplos, o DME pode ter um tamanho médio de partícula de 7 mícrons com um conteúdo de partícula grande que pode conter partículas de até cerca de 70 mícrons. Em exemplos alternativos, o DME pode ser peneirado, moído

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56/91 adicionalmente, ou, de outro modo, separado ou processado para limitar o teor de partículas grandes abaixo de certo limiar de, por exemplo, 25 mícrons ou menor. Um processo útil para a redução de tamanho de partícula de DME pode ser moagem a jato em que o particulado submícron pode ser obtido. Outros processos úteis para a redução de tamanho de partícula grande podem incluir moagem por esferas ou moagem por 3 rolos da pasta de mistura para cátodo antes do uso.

[0128] Um aspecto crítico da pasta de mistura para cátodo pode ser o aglutinante polimérico. O aglutinante pode servir para diversas funções na pasta de mistura para cátodo. A função primária do aglutinante pode ser criar uma rede elétrica interpartículas suficiente entre partículas de DME e partículas de carbono. Uma função secundária do aglutinante pode ser facilitar o contato elétrico ao coletor de corrente do cátodo. Uma terceira função do aglutinante pode ser influenciar as propriedades reológicas da pasta de mistura para cátodo para dispensação e/ou marcação com estêncil/triagem. Ainda, uma quarta função do aglutinante pode ser aumentar a absorção e distribuição do eletrólito dentro do cátodo. A escolha do polímero aglutinante, bem como a quantidade específica a ser utilizada, pode ser crítica para a função benéfica de cátodo na célula eletroquímica da presente invenção. Se o polímero aglutinante for solúvel demais no eletrólito a ser usado, então a função primária do aglutinante, continuidade elétrica, pode ser drasticamente impactada até o ponto de não funcionalidade da célula. Inversamente, se o polímero aglutinante for insolúvel no eletrólito para ser usado, porções de DME podem ser ionicamente isoladas do eletrólito, resultando no desempenho de célula reduzido, como capacidade reduzida, tensão de circuito aberto inferior e/ou resistência interna elevada. 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,

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57/91 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, carboximetilcelulose, entre outros.

[0129] O cátodo também pode ser compreendido de dióxido de prata ou oxi-hidróxido de níquel, dentre outros materiais candidatos. Tais materiais podem oferecer elevada capacidade e menor diminuição em tensão carregada durante a descarga em relação ao dióxido de manganês, ambas propriedades desejáveis em uma bateria. As baterias com base nesses cátodos podem ter exemplos atuais presentes na indústria e na literatura. Uma microbateria inovadora que utiliza um cátodo de dióxido de prata pode incluir um eletrólito biocompatível, por exemplo, um que compreenda cloreto de zinco e/ou cloreto de amônio ao invés de hidróxido de potássio.

Arquitetura e fabricação da bateria [0130] A tecnologia de arquitetura e fabricação da bateria pode estar proximamente interligada. Como foi discutido em seções anteriores da presente revelação, uma bateria tem os seguintes elementos: cátodo, ânodo, separador, eletrólito, coletor de corrente do cátodo, coletor de corrente do ânodo, e embalagem. Os projetos inteligentes podem tentar combinar esses elementos em subconjuntos fáceis de fabricar. Em outros exemplos, o projeto otimizado pode ter componentes de dupla utilização, como, por exemplo, usando uma embalagem metálica para dobra como um coletor de corrente. A partir de um ponto de vista de volume e espessura relativo, esses elementos podem ser aproximadamente todos de mesmo volume, exceto o cátodo. Em alguns exemplos, o sistema eletroquímico pode exigir cerca de duas (2)

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58/91 a dez (10) vezes o volume do cátodo como ânodo devido às diferenças significantes na densidade mecânica, energia de densidade, eficiência de descarga, pureza do material e presença de aglutinantes, enchedores e agentes condutores. Nestes exemplos, a escala relativa de vários componentes pode ser aproximada nas seguintes espessuras dos elementos: Coletor de corrente do ânodo = 1 pm; Coletor de corrente do cátodo = 1 pm; Eletrólito = líquido intersticial (eficazmente 0 pm); Separador = tão delgado ou espesso quanto desejado onde a espessura máxima planejada seja de aproximadamente 15 pm; Ânodo = 5 pm; e o cátodo = 50 pm. Para esses exemplos de elementos, a embalagem necessária para fornecer proteção suficiente para manter a química da bateria em ambientes de uso pode ter uma espessura máxima planejada de aproximadamente 50 pm.

[0131] Em alguns exemplos, que podem ser fundamentalmente diferentes de construções prismáticas grandes, como formas cilíndricas e retangulares e que podem ser diferentes da construção de estado sólido baseada na pastilha, tais exemplos podem assumir uma construção do tipo bolsa, usando mantas ou lâminas fabricadas em várias configurações, com elementos de bateria dispostos na parte interna. A contenção pode ter dois filmes ou um filme dobrado sobre o outro lado, cujas configurações podem formar duas superfícies grosseiramente planas, que podem ser, então, vedadas no perímetro para formar um recipiente. Esse fator de forma fina mas ampla pode tornar os próprios elementos de bateria finos e amplos. Ademais, esses exemplos podem ser adequados para a aplicação através de revestimento, impressão por gravura, impressão serigráfica, bombardeamento iônico, ou outra tecnologia de fabricação semelhante.

[0132] Pode haver várias disposições dos componentes internos, como o ânodo, separador e cátodo, nesses exemplos de bateria do tipo bolsa com fator de forma fina mas ampla. Dentro da região envol

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59/91 vida formada por dois filmes, esses elementos básicos pode ser coplanares isto é, podem estar lado a lado no mesmo plano ou ser cofaciais, isto é, face a face em planos opostos. Na disposição coplanar, o ânodo, o separador e o cátodo podem ser depositados na mesma superfície. Para a disposição cofacial, o ânodo pode ser depositado na superfície-1, o cátodo pode ser depositado na superfície-2 e o separador pode ser colocado entre os dois, tanto depositado em um dos lados, quanto inserido como seu próprio elemento separado.

[0133] Um outro tipo de exemplo pode ser classificado como montagem laminada, que pode envolver o uso de filmes, tanto em uma forma de manta quanto uma forma de lâmina, para construir uma bateria camada por camada. As lâminas podem ser ligadas entre si com o uso de adesivos, como adesivos sensíveis à pressão, adesivos termicamente ativados ou adesivos à base de reação química. Em alguns exemplos, as lâminas podem ser ligadas por técnicas de soldagem, como soldagem térmica, soldagem ultrassônica e similares. As lâminas podem ser susceptíveis às práticas de indústria padrão, como montagem rolo-a-rolo (R2R), ou lâmina-a-lâmina. Como indicado anteriormente, um volume interno para o cátodo pode precisar ser substancialmente maior do que os outros elementos ativos na bateria. Grande parte de uma construção da bateria poderá ter de criar o espaço desse material catódico e apoiar sua migração durante o dobramento da bateria. Uma outra porção da construção da bateria que pode consumir porções significantes da espessura pode ser o material separador. Em alguns exemplos, uma forma de lâmina do separador pode criar uma solução vantajosa para processamento do laminado. Em outros exemplos, o separador pode ser formado pela dispersão de material de hidrogel em uma camada para agir como o separador.

[0134] Nesses exemplos de montagem de bateria laminada, o produto em formação pode ter uma lâmina de ânodo, que pode ser

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60/91 uma combinação de uma camada de embalagem e um coletor de corrente anódica, bem como substrato para a camada de ânodo. O produto em formação pode também ter uma lâmina espaçadora do separador opcional, uma lâmina espaçadora catódica e uma lâmina catódica. A lâmina catódica pode ser uma combinação de uma camada de embalagem e uma camada do coletor de corrente de cátodo.

[0135] O contato íntimo entre os eletrodos e os coletores de corrente é de importância crítica para reduzir a impedância e aumentar a capacidade de descarga. Se as porções do eletrodo não estiverem em contato com o coletor de corrente, a resistência pode aumentar, visto que a condutividade é, então, através do eletrodo (tipicamente menos condutivo que o coletor de corrente), ou uma porção do eletrodo pode se tornar totalmente desconectada. Nas baterias em forma de moeda e cilíndricas, a intimidade é realizada com força mecânica para frisar a lata, colar em uma lata ou através de meios similares. Lavadores de onda ou molas similares são utilizadas em células comerciais para manter a força dentro da bateria; entretanto, estes aumentariam a espessura geral de uma bateria miniatura. Em baterias de emplastro típicas, um separador pode ser saturado em eletrólito, colocado através dos eletrodos, e pressionado pela embalagem externa. Em uma bateria laminar cofacial há vários métodos para aumentar a intimidade do eletrodo. O ânodo pode ser colocado diretamente no coletor de corrente em vez de utilizar uma pasta. Este processo inerentemente resulta em um alto nível de intimidade e condutividade. O cátodo, entretanto, é tipicamente uma pasta. Embora o material aglutinante presente na pasta do cátodo possa fornecer adesão e coesão, pressão mecânica pode ser necessária para garantir que a pasta do cátodo permaneça em contato com o coletor de corrente catódica. Isso pode ser especialmente importante conforme a embalagem é fixada e a bateria envelhece e é descarregada, por exemplo, conforme a umidade deixa a

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61/91 embalagem através de vedações finas e pequenas. A compressão do cátodo pode ser obtida na bateria laminar cofacial através da introdução de um separador e /ou eletrólito compatível entre o ânodo e o cátodo. Um eletrólito de gel ou separador de hidrogel, por exemplo, pode comprimir na montagem e não simplesmente esgotar na bateria como um eletrólito líquido iria. Uma vez que a bateria é selada, o eletrólito e/ou o separador podem, então, empurrar de volta contra o cátodo. Uma etapa de gofragem pode ser realizada após a montagem da pilha laminar, introduzindo a compressão na pilha.

Processamento ilustrado exemplificador dos elementos de enerqização biocompatíveis - Separador colocado [0136] 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 das etapas exemplificadoras pode ser encontrado nas figuras individuais. Na Figura 4A, uma combinação de um espaçador de cátodo de PET 401 e um espaçador de vão de PET 404 pode ser ilustrada. O espaçador de cátodo de PET 401 pode ser formado aplicando filmes de PET 403 que, por exemplo, podem ter aproximadamente 76 pm (3 mils) de espessura. Em qualquer lado da camada de PET podem ser encontradas camadas de PSA ou as mesmas podem ser capeadas com uma camada removível de fluoreto de polivinilideno (PVDF) 402 que pode ter aproximadamente 25 pm (1 mil) de espessura. O espaçador de vão de PET 404 pode ser formado de uma camada de PVDF 409 que pode ter aproximadamente 76 pm (3 mils) de espessura. Pode haver uma camada de cobertura de PET 405 que pode ter aproximadamente 13 pm (0,5 mils) de espessura. Entre a camada de PVDF 409 e a camada de cobertura de PET 405, em alguns exemplos, pode haver uma camada de PSA.

[0137] Prosseguindo para a Figura 4B, um orifício 406 na camada

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62/91 espaçadora de vão 404 pode ser cortado por tratamento com corte a laser. Depois, na Figura 4C, a camada cortada espaçadora de vão de PET 404 pode ser laminada 408 à camada espaçadora de cátodo de PET 401. Prosseguindo para a figura 4D, um orifício espaçador de cátodo 410 pode ser cortado por tratamento de corte a laser. O alinhamento desta etapa de corte pode ser registrado em relação aos recursos previamente cortados na camada espaçadora de vão de PET 404. Na figura 4E, uma camada de Celgard 412, para uma última camada separadora, 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 406, formando um separador pré-cortado 420. Prosseguindo para a figura 4G, uma ferramenta de braços manipuladores do tipo pickand-place 421 pode ser usada para pegar e colocar os pedaços distintos de Celgard em suas localizações desejadas no dispositivo em crescimento. Na figura 4H, as peças de Celgard colocadas 422 são presas em posição, e então a camada de liberação de PVDF 423 pode ser removida. Prosseguindo para a figura 4I, a estrutura do dispositivo em crescimento pode ser ligada a um filme do ânodo 425. O ânodo pode ser constituído de um filme coletor de ânodo sobre a qual um filme de ânodo de zinco foi colocado para eletrodeposição.

[0138] Prosseguindo para a figura 4J, uma pasta fluida para cátodo 430 pode ser colocada na fenda formada. Um rodo 431 pode ser usado em alguns exemplos para espalhar a mistura para cátodo ao longo de uma peça de trabalho, e no processo preencher as fendas dos dispositivos de bateria sendo formados. Após o preenchimento, a camada de liberação de PVDF 432 remanescente pode ser removida, o que pode resultar na estrutura ilustrada na figura 4K. Na figura 4L, toda a estrutura pode ser submetida a um processo de secagem que

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63/91 pode encolher a pasta fluida para cátodo 440 para que ela também tenha a altura do topo da camada de PET. Prosseguindo para a figura 4M, uma camada de filme de cátodo 450, que pode já ter o filme coletor de cátodo sobre si, pode ser ligada à estrutura em crescimento. Em uma ilustração final na figura 4N um processo de corte a laser pode ser realizado para remover as regiões laterais 460 e produzir um elemento de bateria 470. Pode haver várias alterações, deleções, mudanças de materiais e metas de espessura que podem ser úteis dentro da intenção da presente revelação.

[0139] O resultado do processamento exemplificador pode ser mostrado em certo nível de detalhes na figura 5. Em um exemplo, os seguintes recursos de referência podem ser definidos. A química de cátodo 510 pode estar localizada em contato com o cátodo e coletor do cátodo 520. Uma camada de adesivo sensível à pressão 530 pode segurar e vedar o coletor de cátodo 520 em uma camada espaçadora de PET 540. No outro lado da camada espaçadora de PET 540, pode haver outra camada de PSA 550, que veda e adere a camada espaçadora de PET 540 à camada de vão de PET 560. Outra camada de PSA 565 pode vedar e aderir a camada de vão de PET 560 às camadas de coletor de corrente do ânodo e ânodo. Uma camada galvanizada de zinco 570 pode ser galvanizada no coletor de corrente do ânodo 580. A camada separadora 590 pode estar localizada no interior da estrutura para executar as funções associadas, conforme foram definidas na presente revelação. 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 dos elementos de enerqização biocompatíveis - Separador depositado [0140] Um exemplo das etapas que podem estar envolvidas no processamento de elementos de energização biocompatíveis pode ser

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64/91 encontrado nas figuras 6A - 6F. O processamento em algumas das 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 revelação.

[0141] As Figuras 6A-6F podem mostrar uma estrutura laminar biocompatível para elementos de energização. Na Figura 6A, uma construção laminar 600 pode ser ilustrada. A estrutura laminar pode ser compreendida de duas camadas de liberação de construto laminar 602 e 602a, uma camada em cada extremidade; duas camadas adesivas de construto laminar 604 e 604a, localizadas entre as camadas de liberação de construto laminar 602 e 602a; e um núcleo de construto laminar 606 localizado entre as duas camadas adesivas de construto laminar 604 e 604a. As camadas 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 e 604a podem ser uma camada de PVDF com aproximadamente 1-3 milímetros de espessura e tampar o núcleo construto laminar 606. O núcleo do construto laminar 606 pode ser compreendido de uma resina de polímero termoplástico, como tereftalato de polietileno (PET) que, por exemplo, pode ter aproximadamente 3 milímetros de espessura. Procedendo à Figura 6B, um orifício para o bolso do cátodo 608 pode ser cortado na construção laminar, por meio de tratamento de corte a laser. Esta pode formar uma camada de espaçador de cátodo.

[0142] Depois, na figura 6C, a camada de liberação inferior do construto laminar 602a pode ser removida do construto laminar, expondo a camada adesiva de construto laminar 604a. A camada adesiva de construto laminar 604a pode, então, ser usada para aderir uma

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65/91 folha metálica de conexão do ânodo 610 para cobrir a abertura inferior da bolsa de cátodo 608. Prosseguindo para a figura 6D, a folha metálica de conexão do ânodo 610 pode ser protegida na camada inferior exposta através da adesão de uma camada de mascaramento 612. A camada de mascaramento 612 pode ser uma fita de transferência de PSA comercialmente disponível com um revestimento primário. Em seguida, na Figura 6E, o ânodo 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 ânodo 610 para dentro do bolso de cátodo. Prosseguindo para 6F, a camada de mascaramento de coleta elétrica do ânodo 612 é removida da parte inferior da folha metálica de conexão do ânodo 610 após a galvanoplastia. Em alguns exemplos, a serem discutidos numa 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.

[0143] 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 compreender duas camadas de liberação de construto laminar 702 e 702a, uma camada em cada extremidade; duas camadas adesivas de construto laminar 704 e 704a, localizadas entre as camadas de liberação de construto laminar 702 e 702a; e um núcleo de construto laminar 706 localizado entre as duas camadas adesivas de construto laminar 704 e 704a. As camadas de liberação e as camadas adesivas do construto laminar podem ser produzidas ou compradas, por exemplo, uma fita de transferência adesiva sensível à pressão com camada de revestimento primário comercialmente disponível. As camadas adesivas do construto laminar podem ser uma camada de fluoreto de polivinilideno PVDF,

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66/91 que pode ter aproximadamente 1-3 milímetros de espessura e cobrir o núcleo do construto laminar 706. O núcleo de construto laminar 706 pode compreender uma resina de polímero termoplástico, como tereftalato de polietileno, que, por exemplo, pode ter uma espessura de aproximadamente 3 milímetros. Prosseguindo para a Figura 7B, uma cavidade para o pequeno invólucro de cátodo 708 pode ser cortada no construto laminar por tratamento de corte a laser. Na figura 7C, uma folha metálica de conexão do ânodo 710 pode ser obtida e uma camada de mascaramento protetora 712 aplicada a um lado. Depois, na figura 7D, a folha metálica de conexão do ânodo 710 pode ser galvanizada 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 a fim de expor a camada adesiva 704a da figura 7B para aderência na camada galvanizada 714 da figura 7D. Prosseguindo para a figura 7F, a camada de mascaramento protetora de ânodo 712 pode ser removida do fundo da folha metálica de conexão do ânodo 710.

[0144] 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. Prosseguindo para a figura 8A, uma mistura precursora do separador de hidrogel 820 pode ser depositada na superfície do conjunto de laminado. Em alguns exemplos, conforme mostrado, a mistura precursora de hidrogel 820 pode ser aplicada sobre uma camada de liberação 802. Depois, na figura 8B, a mistura precursora do separador de hidrogel 820 pode ser espalhada com rodo 850 para dentro da bol

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67/91 sa de cátodo ao ser removida da camada de liberação 802. O termo espalhar com rodo pode, em geral, se referir ao uso de uma ferramenta de raspagem para esfregar ao longo de uma superfície e mover o material fluido sobre a superfície e para o interior das cavidades existentes. O processo de espalhamento com rodo pode ser realizado por um equipamento similar ao dispositivo tipo rodo vernáculo ou, alternativamente, por um dispositivo de planura como gumes de faca, bordas de navalha e similares, que podem ser feitos de vários materiais, assim como podem ser quimicamente consistentes com o material a ser removido.

[0145] O processamento mostrado na figura 8B pode ser realizado várias vezes para garantir o revestimento da bolsa de cátodo e aumentar a espessura dos recursos resultantes. A seguir, na Figura 8C, a mistura percursora de separador de hidrogel pode ser deixada secar a fim de evaporar materiais, que podem, tipicamente, ser solventes ou diluentes de vários tipos, da mistura percursora de separador de hidrogel; então, os materiais dispensados ou aplicados podem ser curados. Pode ser possível repetir ambos os processos mostrados na figura 8B e na figura 8C em combinação, em alguns exemplos. Em alguns exemplos, a mistura precursora do separador de hidrogel pode ser curada pela exposição ao calor, enquanto em outros exemplos a cura pode ser realizada pela exposição à energia de fóton. Em ainda outros exemplos, a cura pode envolver tanto a exposição à energia de fóton quanto ao calor. Pode haver várias formas de curar a mistura precursora do separador de hidrogel.

[0146] O resultado da cura pode ser formar o material precursor de separador de hidrogel à parede do pequeno invólucro de cátodo bem como à região de superfície próxima a um recurso de ânodo ou cátodo que no presente exemplo pode ser um recurso de ânodo. A aderência do material às paredes laterais da cavidade pode ser útil na função de

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68/91 separação de um separador. O resultado da cura pode ser formar um concentrado de mistura precursora polimerizado desidratado 822 que pode ser simplesmente considerado o separador da célula. Prosseguindo para a figura 8D, a pasta fluida para cátodo 830 pode ser depositada sobre a superfície da camada de liberação do construto laminar 802. A seguir, na Figura 8E a pasta fluida para cátodo 830 pode ser raspada com rodo para o interior do pequeno invólucro de cátodo e sobre o concentrado de mistura precursora polimerizado desidratado 822. A pasta fluida para cátodo pode ser movida para sua localização desejada na cavidade enquanto é simultaneamente removida, de modo geral, da camada de liberação do construto laminar 802. O processo da Figura 8E pode ser realizado diversas vezes para assegurar que o revestimento da pasta fluida para cátodo 830 no topo do concentrado de mistura precursora polimerizado desidratado 822. A seguir, na Figura 8F, a pasta fluida para cátodo pode ser permitida secar para formar um preenchimento de cátodo isolado 832 no topo do concentrado de mistura precursora polimerizado desidratado 822, preenchendo o restante do pequeno invólucro de cátodo.

[0147] Prosseguindo para a Figura 8G, uma formulação de eletrólito 840 pode ser adicionada ao preenchimento de cátodo isolado 832 e permitida hidratar o preenchimento de cátodo isolado 832 e o concentrado de mistura precursora polimerizado desidratado 822. Depois, na Figura 8H, uma folha metálica de conexão de cátodo 816 pode ser aderida à camada adesiva de construto laminar 804 restante pela remoção da camada de liberação do construto laminar 802 restante e pelo pressionamento da folha metálica de conexão 816 em posição. A colocação resultante pode resultar na cobertura do preenchimento de cátodo hidratado 842 bem como no estabelecimento do contato elétrico com o preenchimento de cátodo 842 como um coletor de corrente do cátodo e meio de conexão.

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69/91 [0148] As Figuras 9A a 9C podem ilustrar um exemplo alternativo do conjunto laminar resultante ilustrado na Figura 7D. Na figura 9A, a folha metálica de conexão do ânodo 710 pode ser obtida, e uma camada de mascaramento protetora 712 pode ser aplicada a um lado. A folha de conexão anódica 710 pode ser galvanizada com uma camada 714 de metal coerente com, por exemplo, zinco de forma semelhante ao descrito nas figuras anteriores. Prosseguindo para a figura 9B, um separador de hidrogel 910 pode ser aplicado sem o uso do método de rodo ilustrado na figura 8E. A mistura percursora de separador de hidrogel pode ser aplicada de várias formas, por exemplo um filme préformado da mistura pode ser aderido por aderência física, e alternativamente uma mistura diluída da mistura percursora de separador de hidrogel pode ser dispensada e então ajustada para uma espessura desejada pelo processamento de revestimento por rotação a alta velocidade. Alternativamente, o material pode ser aplicado através de revestimento por aspersão, ou qualquer outro processamento equivalente.

[0149] Depois, na figura 9C, é mostrado o processamento para criar um segmento do separador de hidrogel que pode funcionar como um confinamento ao redor de uma região do separador. O processamento pode criar uma região que limita o fluxo, ou difusão, de materiais como eletrólito fora da estrutura interna dos elementos de bateria formados. Tal recurso de bloqueio 920 de vários tipos pode, assim, ser formado. O recurso de bloqueio, em alguns exemplos, pode corresponder a uma região altamente reticulada da camada separadora, e pode ser formado, em alguns exemplos, pela elevada exposição à energia de fóton na região desejada do recurso de bloqueio 920. Em outros exemplos, materiais podem ser adicionados ao material separador de hidrogel antes deste ser curado, de modo a criar porções regionalmente diferenciadas que, após a cura, se tornam o recurso de bloqueio 920. Em ainda outros exemplos, as regiões do material de

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70/91 separador de hidrogel podem ser removidas antes ou após a cura através de vários conjuntos de procedimentos que incluem por exemplo gravação química da camada com mascaramento para definir a extensão regional. A região do material removido pode criar um recurso de bloqueio independente ou, alternativamente, pode ser materialmente adicionada novamente ao espaço vazio para criar um recurso de bloqueio. O processamento do segmento impermeável pode ocorrer através de vários métodos incluindo, mas não se limitando a, processamento por formação de imagem, aumento de reticulação, fotodosagem intensa, repreenchimento ou omissão de aderência de hidrogel para criar um espaço vazio. Em alguns exemplos, um construto ou conjunto de laminado do tipo mostrado como o resultado do processamento na figura 9C pode ser formado sem o recurso de bloqueio 920.

Separadores do polimerizados do elemento de bateria [0150] Em alguns designs de bateria, o uso de um separador discreto (conforme descrito em uma seção anterior) pode ser impedido devido a uma variedade de razões como o custo, a disponibilidade de materiais, a qualidade de materiais, ou a complexidade do processamento de algumas opções de material, 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 os separadores de amido ou de pasta tenham sido usados comercialmente com sucesso em AA e outro formato as baterias de Leclanché ou de zincocarbono, como separadores podem ser inadequadas em determinadas formas para uso em determinados exemplos de microbaterias laminares. Atenção particular pode precisar ser dada à uniformidade e consistência da geometria de qualquer separador utilizado nas baterias da presente revelação. Controle preciso sobre o volume do separador po

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71/91 de ser necessário para facilitar a incorporação precisa subsequente de volumes de cátodo conhecidos e a realização subsequente de capacidades de descarga e desempenho celular consistentes.

[0151] Um método para se obter um separador moldado no lugar uniforme e mecanicamente robusto pode ser usar formulações de hidrogel curáveis por UV. Várias formulações de hidrogel permeáveis à água podem ser conhecidas em várias indústrias, por exemplo, a indústria de lentes de contato. Um exemplo de um hidrogel comum na indústria de lente de contato pode ser gel reticulado de poli(hidroxietilmetacrilato), ou simplesmente pHEMA. Para várias aplicações da presente revelação, o pHEMA pode ter muitas propriedades atraentes para uso em baterias Leclanché e de zinco-carbono. O pHEMA tipicamente pode manter um conteúdo de água de aproximadamente 30-40 por cento no estado hidratado, mantendo, ao mesmo tempo, um módulo elástico de cerca de 0,7 MPa (cerca de 100 psi) ou maior. Além disso, as propriedades de módulo e conteúdo de água dos hidrogéis reticulados podem ser ajustadas pelos versados na técnica através da incorporação de componentes monoméricos hidrofílicos adicionais (por exemplo, ácido metacrílico) ou componentes poliméricos (por exemplo, polivinilpirrolidona). Dessa forma, o conteúdo de água, ou, mais especificamente, a permeabilidade iônica do hidrogel pode ser ajustado através de formulação.

[0152] Particularmente vantajosa em alguns exemplos, uma formulação de hidrogel polimerizável e moldável pode conter um ou mais diluentes para facilitar o processamento. O diluente pode ser escolhido para ser volátil, de modo que a mistura moldável possa ser espalhada para o interior de uma cavidade e, então, seca por um período suficiente para que o componente de solvente volátil seja removido. Após a secagem, uma fotopolimerização em massa pode ser iniciada pela exposição a radiação actínica de comprimento de onda adequado, como

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72/91 luz UV azul a 410 mm, para o fotoiniciador selecionado, como CG 819. O diluente volátil pode ajustar a fornecer uma viscosidade de aplicação desejada, de modo a facilitar a fundição de uma camada uniforme do material polimerizável na cavidade. O diluente volátil pode também fornecer efeitos de redução de tensão superficial benéficos, particularmente no caso onde monômeros fortemente polares são incorporados na formulação. Outro aspecto que pode ser importante para se obter a fundição de uma camada uniforme de material polimerizável na cavidade pode ser a viscosidade da aplicação. Monômeros reativos comuns com pequena massa molar tipicamente não têm viscosidades muito altas, podendo ser tipicamente de apenas poucos centipoise. Em um esforço para fornecer o controle benéfico da viscosidade do material separador moldável e polimerizável, um componente polimérico de alta massa molar conhecido por ser compatível com o material polimerizável pode ser selecionado para incorporação na formulação. Exemplos de polímeros de alta massa molar que podem ser adequados para incorporação em formulações exemplificadoras, podem incluir polivinilpirrolidona e poli(óxido de etileno).

[0153] Em alguns exemplos, o separador moldável e polimerizável pode ser vantajosamente aplicado em uma cavidade projetada, conforme anteriormente descrito. Em exemplos alternativos, pode não haver nenhuma cavidade no momento da polimerização. Em vez disso, a formulação do separador moldável e polimerizável pode ser revestida sobre um substrato contendo eletrodo, por exemplo, latão conformado folheado a zinco e, então, subsequentemente exposto à radiação actínica com o uso de uma fotomáscara para polimerizar seletivamente o material separador em áreas alvo. O material separador pode então ser removido pela exposição a solventes de enxágue apropriados. Nestes exemplos, o material separador pode ser projetado como um separador foto moldável.

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Exemplo de bateria primária [0154] Em alguns exemplos do processamento dos elementos de energização biocompatíveis com separadores depositados, uma bateria primária pode ser formada. Uma típica bateria primária pode ser caracterizada por sua propriedade de uso único. Em um exemplo consistente com o processamento laminar uma bateria pode ser formada com as seguintes características e elementos:

Elemento	Material
Coletor de tensão do cátodo	Laminado de titânio
Eletrodo do cátodo (pasta fluida)	Pasta fluida contendo dióxido de manganês eletrolítico e carbono
Separador	Hidrogel
Eletrodo de ânodo	Zinco eletrodepositado
Coletor de corrente do ânodo	Laminado de latão
Laminado	Núcleo de Polietileno Teraftalato com Adesivo
Eletrólito	Base de ZnCb/NhkCI

[0155] Pode haver numerosas formulações de química de cátodo que podem ser consistentes com esta revelação. Como um exemplo não limitador, uma formulação pode compreender o dióxido de manganês eletrolítico numa 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 por cento de JMEMD para 20 por cento 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 poliisobutileno (PIB) a 10 por cento em solução de tolueno. A solução de

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PIB a 10 por cento pode ser formada a partir de poliisobutileno grau B50 misturado com tolueno em cerca de 10 partes de PIB B50 para 90 partes de tolueno em formulação por peso. Os 10 por cento de PIB podem ser misturados com uma quantidade adicional de tolueno e com o pó de JMEMD/K6 para formular uma pasta fluida para o processamento do cátodo. Essa mistura de materiais pode começar com aproximadamente 1,5 partes 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 numa mistura de aproximadamente 1,7 por cento de PIB, 45 por cento de JMEMD, 11 por cento 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 num 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.

[0156] Continuando com o exemplo da bateria primária, um separador de hidrogel pode ser formado nas formas discutidas nesta revelação a partir de uma mistura precursora. Num 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 adicionados à mistura, como fotoiniciadores. Um fotoiniciador exemplificador pode ser (2,4,6trimetilbenzoílo)-óxido de fosfina de fenilbis, que pode estar disponível em formulações comerciais, incluindo Irgacure® 819, que também pode ser denominado CGI 819 neste documento. Podem haver também numerosos solventes que podem ser utilizados em diferentes quantidades de modo a se atingir uma reologia desejada da mistura. Em um exemplo não-limitador, 2-propanol pode ser utilizado como um solvente adequado.

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75/91 [0157] Muitas das discussões gerais sobre os elementos de dispositivos de energização biocompatíveis, tal como a pasta fluida para cátodo e ânodo, 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.

[0158] Em alguns exemplos, o ânodo de zinco pode ser formado por eletrodeposição do zinco sobre o material do coletor de corrente do ânodo. 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 ânodo. Pode haver diversas formas de depositar os materiais de ânodo, por exemplo, por laminação ou revestimento com metal; e outros sistemas de bateria podem empregar outras espécies químicas além do zinco, como prata como um exemplo não limitador.

[0159] A bateria pode incluir vários tipos de formulações de eletrólito. 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. Tensoativos exemplares podem incluir Triton™ X-100, Triton™ QS44 e Dowfax™ 3B2 em concentrações de 0,01 por cento a 2 por cento. Como um exemplo, Triton™ X-100 pode ser adicionado à solução de cloreto de zinco e cloreto de amônio. Um exemplo de uma formulação de eletrólito pode ser: 20% de cloreto de zinco, 500 ppm de Triton® QS-44, 200 ppm de íon de índio +3 fornecido co

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76/91 mo acetato de índio, e balanceado com água.

Exemplos de bateria secundária [0160] A estrutura e os processo de fabricação que foram descritos na presente revelação podem ser úteis em geral para a produção de baterias secundárias, ou recarregáveis. Pode haver várias considerações relacionadas aos elementos de bateria secundária que podem ser diferentes das considerações feitas em relação aos elementos primários. O processo de recarga para um elemento de bateria pode resultar no inchamento e encolhimento dos componentes de bateria e, assim, as dimensões dos recursos e camadas de confinamento, bem como a composição da bateria, podem ser ajustadas em algumas modalidades. O uso de camadas de polímero gelificadas para os eletrólitos pode permitir a criação de uma camada capaz de tolerar alguns dos aspectos de inchamento e encolhimento conforme íons de eletrodo são movidos ao longo do dispositivo durante os ciclos de carga e, subsequentemente, durante os ciclos de descarga.

[0161] Nas baterias secundárias, as camadas de ânodo e cátodo podem alternar a designação dependendo do fato do dispositivo estar carregando ou descarregando, e podem ser consideradas primeiro e segundo eletrodos. Portanto, pode ser útil se referir ao ânodo e ao cátodo com referência a se a célula da bateria está sendo carregada, de modo que ela possa ser considerada uma célula eletrolítica, ou se ela está sendo descarregada, de modo que ela possa ser considerada uma célula galvânica. Assim, quando chamada de cátodo da célula galvânica, a estrutura do primeiro eletrodo funcionaria de modo a espontaneamente aceitar os elétrons a partir de um circuito externamente conectado. De modo contrário, o cátodo da célula eletrolítica funcionaria para aceitar elétrons de um elemento de carga externo.

[0162] Embora em alguns exemplos a classe de baterias de dióxido de manganês e zinco possa funcionar como uma bateria secundá

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77/91 ria, há muitos outros exemplos comuns de baterias secundárias. Em uma classe comum de baterias secundárias, os íons de lítio podem compreender as espécies químicas de armazenamento de energia. Pode haver numerosas maneiras de se formar eletrodos em baterias de íons de lítio. No tipo de dispositivo de acordo com a presente revelação, pode haver vários compostos intercalados de lítio que poderíam estar presentes no ânodo da célula galvânica. Por exemplo, a pasta fluida para cátodo pode incluir óxido de cobalto de manganês de níquel e lítio, óxido de lítio e manganês, e fosfato de ferro e lítio, entre outros.

[0163] O segundo eletrodo pode ser o ânodo da célula galvânica. Em alguns exemplos, o segundo eletrodo pode ser formado de, ou revestido com, grafite ou outras formas de carbono. Em outros exemplos, várias formas de silício depositado podem ser utilizadas. De maneiras similares à galvanoplastia de zinco discutida com relação às baterias primárias, o silício pode ser galvanizado tanto em regiões quanto em uma camada plana ao longo do substrato. O silício submetido a galvanoplastia pode ser formado sobre a camada de contato metálica do eletrodo, que pode ter revestimentos superficiais 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 SiCk, S1HCL3, SiBr4, Si(Ch2Ch3)4, ou Si(OOCCH3)4 como exemplos não limitadores. Em outros exemplos, camadas de grafita ou silício podem ser depositadas por bombardeamento com íons na superfície do coletor de corrente para formar a segunda região do coletor de corrente de uma maneira similar àquela mostrada na Figura 7D.

[0164] Os eletrodos podem ser formados sobre folhas de metal de maneiras consistentes com as discussões anteriores referentes ao processamento do laminado. Estes eletrodos e folhas de metal podem

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78/91 formar a camada de base, ou seja, abaixo 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 cátodo ter sido formado e a célula preenchida com eletrólito.

[0165] Para formar as soluções de eletrólito, sais de lítio podem tipicamente ser dissolvidos em sistemas de solvente não aquoso. Portanto, estes sistemas de solvente não aquoso podem interagir com as várias camadas adesivas de diferentes formas e, visto que a integridade de vedações nos dispositivos de bateria pode ser importante, pode haver alterações na escolha dos sistemas adesivos que podem ser necessários dependendo do uso dos solventes não aquosos. Formas gelificadas de eletrólitos poliméricos são conhecidas nos dispositivos de lítio-polímero que incorporam os eletrólitos de polímero. Os métodos de formação dos separadores que começam com o preenchimento precursor de líquido de uma cavidade podem ser realizados para estes tipos de baterias secundárias, sendo que um separador polimerizado pode ser formado de polímeros como PVDF ou poli(acrilonitrila). Em alguns exemplos, pode ser possível utilizar precursores de formação de hidrogel, sendo que o polímero é gelificado com sais convencionais consistentes com células de lítio. Por exemplo, em um exemplo não limitador, um precursor separador pode ser misturado com hexafluorofosfato de lítio em solventes não aquosos como carbonato de etileno, carbonato de dimetila e carbonato de dietila, como exemplos não limitadores. A camada gelificada resultante pode ser formada com solvente em excesso para permitir o encolhimento, conforme foi descrito na relação ao processamento de precursor de hidrogel.

[0166] Em um exemplo não limitador específico, uma estrutura laminada com base na cavidade pode ser formada (como já descrito na discussão anterior de processamento de laminado) em que a camada inferior pode ser o coletor de corrente sobre o qual uma camada de

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79/91 grafita ou silício foi fixada. As camadas laminadas que fixam no coletor de corrente podem ter as cavidades formadas nelas, conforme foi descrito. Em um exemplo não limitador, uma solução de moldagem por fusão pode ser formada pela mistura de aproximadamente uma razão de dois pra um de poli(fluoreto de vinilideno) (PVDF) e poli(dimetilsiloxano) (PDMS), respectivamente, em uma mistura de solventes que compreende N-N dimetilacetamida (DMAc) e glicerol. A razão de DMAc para glicerol pode ser alterada, e pode 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 formar uma fina camada separadora. Em alguns exemplos, especialmente para altos níveis de solvente, o sistema adesivo da estrutura laminada pode ser alterado para otimizar a consistência com o sistema de solvente de DMAc-glicerol. Após o processamento por rodo da solução de fundição para o interior das cavidades definidas, a estrutura resultante pode ser seca à temperatura ambiente ou temperatura elevada por algum tempo. Outras maneiras de dispensação da solução de fundição podem ser consistentes com os processos descritos aqui. Assim, a estrutura pode ser imersa em um banho de água à temperatura ambiente por 20-40 horas para permitir que o glicerol dissolva da camada separadora, resultando em uma camada com uma porosidade desejada. A estrutura resultante pode então ser seca em um ambiente à vácuo por um período de 2040 horas.

[0167] Em alguns exemplos, a camada separadora resultante pode ser tratada com exposição a uma solução de eletrólito. Em um exemplo não-limitador, uma solução de hexafluorofosfato de lítio de 1 molar em uma mistura de aproximadamente 1/1/1 de carbonato de etileno (EC)/carbonato de dimetila (DMC) e carbonato de metila etil (EMC) pode ser formada e dispensada na cavidade. Em alguns outros

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80/91 exemplos, a exposição ao eletrólito pode ocorrer após o cátodo ser formado na cavidade.

[0168] Em um tipo diferente de exemplo, a estrutura laminada pode ser criada da forma descrita em relação às 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 pode ser também tratado com uma exposição a eletrólito antes do processamento adicional com uma pasta fluida para cátodo.

[0169] A estrutura resultante pode agora estar pronta para receber um tratamento com a pasta fluida para cátodo. Diversas pastas fluidas de cátodo compreendendo diferentes tipos de compostos de lítio podem ser utilizadas; embora outros elementos químicos além do lítio possam ser possíveis. Em um exemplo não-limitador, uma pasta à base de fosfato de ferro e lítio (LiFePO4) pode ser utilizada. Em alguns exemplos, a pasta de fosfato de ferro e lítio pode ser formada através, primeiramente, da mistura de carboximetil celulose sódica em água desionizada. À mistura resultante, um pó compreendendo fosfato de ferro de lítio e agentes condutivos como grafite sintético e negro de fumo pode então ser adicionado e extensivamente misturado. A seguir, uma pasta aquosa adicionalmente refinada pode ser formada pela adição de borracha de estireno-butadieno e misturada extensivamente. A pasta aquosa pode então ser processada para o interior da estrutura da cavidade, por meios descritos na presente revelação, como através do uso de um processo de rodo. A reologia da pasta aquosa pode ser ajustada para otimização da integridade do processo de preenchimento à base de espalhamento, por exemplo, pela adição ou remoção de solvente ou pelo ajuste da quantidade relativa da borracha de estirenobutadieno adicionada. A estrutura resultante pode então ser seca em

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81/91 um ambiente à vácuo por 20-40 horas.

[0170] Em alguns exemplos, as camadas separadoras e de cátodo resultantes podem ser tratadas com exposição a uma solução de eletrólito. Em um exemplo não-limitador, uma solução de hexafluorofosfato de lítio de 1 molar em uma mistura de aproximadamente 1/1/1 de carbonato de etileno (EC)/carbonato de dimetila (DMC) e carbonato de metila etil (EMC) pode ser formada e dispensada na cavidade. Em alguns exemplos, o eletrólito pode ser adicionado ao cátodo com a ajuda tanto de tratamento por pressão quanto de tratamento à vácuo, para melhorar a difusão da mistura de eletrólito nas camadas.

[0171] A segunda camada de coletor de corrente pode ser fixada à estrutura laminada após a remoção de uma camada de liberação da estrutura laminada. O eletrodo aderido pode entrar em contato com a pasta aquosa depositada e fornecer contato elétrico entre o coletor de corrente em metal e o cátodo infundido no eletrólito resultando em uma estrutura de bateria.

Folheamento autocatalítico de camadas metálicas para vedar estruturas de bateria Introdução [0172] O folheamento com metal tem grande utilidade em diversas aplicações, para propósitos estéticos em jóias ou dispositivos de metal, para adicionar resistência à corrosão a maquinário industrial, ou a superfícies de dispositivos ou materiais, ou mesmo para adicionar condutividade elétrica a uma superfície, como exemplos não limitadores. Em um elemento de energização biocompatível, o folheamento que envolve o corpo da bateria pode ser útil para formar uma barreira vedada contra a entrada ou saída do material. Pode haver vários métodos para aplicar uma camada de metal sobre uma estrutura de bateria, mas a premissa básica pode envolver a deposição de um revestimento ou camada de um material metálico sobre a superfície das superfícies externas da bateria. O folheamento com metal pode ser feito

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82/91 com vários tipos de metais, incluindo cobre, níquel, platina, ródio, e muitos outros. O resultado do folheamento com metal pode ser a deposição de metais sobre vários tipos de outros materiais, incluindo, mas não se limitando a, outros metais, semicondutores, ou plásticos. [0173] Exemplos típicos de métodos de folheamento com metal podem incluir galvanoplastia e folheamento autocatalítico; ambos envolvem revestir um material com uma camada de metal. No entanto, a galvanoplastia pode envolver uma carga elétrica induzida sobre o material a ser revestido, enquanto o folheamento autocatalítico pode não envolver eletricidade, e pode envolver uma reação química que deposita o metal.

[0174] A galvanoplastia pode envolver numerosas etapas para obter um acabamento desejado, espessura de material depositado consistente e outras qualidades desejadas em um revestimento bemsucedido. Em alguns exemplos, uma peça pode primeiro ser cuidadosamente pré-tratada, de modo a assegurar folheamento eficaz. As etapas de pré-tratamento podem incluir, mas não se limitam a, polimento, mascaramento, desbaste químico, lavagem, limpeza a vapor, enxágue, lavagem ultrassônica, ou eletrolimpeza, como alguns exemplos nãolimitadores. Em alguns exemplos, o pré-tratamento pode remover óleo, graxa, ou outros contaminantes da superfície de uma peça a ser revestida.

[0175] Após o pré-tratamento bem-sucedido, o objeto a ser folheado pode ser colocado em um solução de banho contendo o metal a ser depositado em forma iônica. Tipicamente, métodos de galvanoplastia podem envolver indução de uma carga elétrica positiva à solução de banho, e uma carga elétrica negativa ao objeto a ser folheado. Essa diferença na carga elétrica pode induzir uma força de atração elétrica entre as partículas de metal na solução de banho e o objeto folheado. A força de atração pode modificar quimicamente o estado iônico das e

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83/91 ligar as partículas de metal da solução de banho para o objeto, revestindo sua superfície.

[0176] Dependendo da composição do material a ser folheado e da solução de banho, certas condições incluindo, mas não se limitando a, tensão, pH da solução de banho, concentração de metal na solução, duração do folheamento e temperatura ambiente, devem ser de preferência mantidas, de modo a assegurar folheamento eficaz. O ajuste destas condições pode alterar vários aspectos do folheamento, incluindo, mas não se limitando ao acabamento da superfície de metal resultante, à cor do metal depositado, à velocidade de deposição, ou à espessura do metal depositado. Outras condições ambientes, como bolhas de ar ou contaminantes na solução de banho, podem também afetar o acabamento resultante; essas imperfeições podem ser resolvidas mediante agitação do banho ou aplicação de um tratamento de carbono ao banho, como exemplos não limitadores. Em alguns exemplos, pode ser importante reduzir todas as causas de imperfeições em uma superfície folheada sobre um elemento de energização biocompatível; uma vez que tais imperfeições podem reduzir a eficácia de uma vedação.

[0177] Várias formas de pós-tratamento podem também ser necessárias para assegurar o sucesso da galvanoplastia, incluindo, mas não se limitando a, enxágue, limpeza a vapor, secagem por aquecimento, ou outros métodos.

[0178] O folheamento autocatalítico pode envolver numerosas etapas para se obter um acabamento desejado, espessura consistente do material depositado e outras qualidades desejadas em um revestimento bem sucedido. O folheamento autocatalítico pode ter as mesmas exigências relacionadas a revestimento e vedação de um elemento de energização biocompatível que foi discutido em relação à galvanoplastia. Primeiro, uma peça a ser revestida pode ser cuidadosamen

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84/91 te pré-tratada, para assegurar um folheamento eficaz. As etapas de pré-tratamento podem incluir, mas não se limitam a, limpeza. A limpeza pode remover contaminantes e/ou detritos remanescentes de qualquer uma das etapas de processamento anteriores do objeto a ser revestido, bem como óleo, graxa, ou outros contaminantes da superfície de uma peça a ser revestida. A limpeza pode ser obtida com ácidos ou outros tipos de soluções de limpeza; na escolha de uma solução de limpeza adequada, pode ser importante considerar que material ou detrito precisa ser removido, a temperatura na qual a peça limpa (e, dessa forma, a solução) será mantida durante a limpeza, a concentração desejada da solução de limpeza, a quantidade de trabalho mecânico (agitação, etc.) que pode ser necessária ao produto de limpeza, bem como outros possíveis aspectos.

[0179] As etapas de pré-tratamento podem incluir também etapas de desbaste químico, mascaramento, enxágue, secagem, e imersão do objeto a ser folheada em uma solução de ativação pré-imersão, bem como uma solução de ativação, como exemplos não limitadores. O desbaste químico pode envolver o uso de um produto químico e/ou mecânico, como exemplos não-limitadores, para gravar um perfil em um objeto de trabalho a ser folheado, que servirá como um local prescrito para folheamento. Uma solução de pré-imersão pode conter íons comuns aqueles da solução de ativação, que irá preparar a peça de trabalho para folheamento em si; essa solução de pré-imersão pode ser tipicamente projetada para ser aplicada à peça de trabalho, e não ser enxaguada antes de ser adicionada à solução de ativação. Uma solução de pré-imersão pode ser menos sensível a contaminação por íon metálico do que uma solução de ativação associada. Pode haver numerosas vantagens referentes ao uso de uma solução de préimersão, incluindo, em um sentido não limitador, um resultado que é menos dispendioso, e que pode poupar a solução de ativação de con

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85/91 taminação por íon metálico, para ajudar o processo a ser mais eficiente e criar resultados de qualidade mais alta.

[0180] Após a pré-imersão, uma solução de ativação pode ser aplicada à peça de trabalho. Um ativador pode conter certos íons mantido em um estado reduzido por outros íons na solução; na prática, os íons reduzidos podem ser mantidos mecanicamente à superfície de ligação, atuando como um catalisador para a reação química que irá facilitar o folheamento autocatalítico. Ao mesmo tempo em que uma camada suficiente de solução de ativação sobre a superfície da peça de trabalho é importante para catalisar o processo de folheamento autocatalítico, pode ser importante notar que uma camada de solução de ativação muito espessa pode possivelmente agir como uma barreira contra a adesão adequada do metal folheado, e precisa ser evitada.

[0181] As etapas de pré-tratamento podem incluir também uma etapa de pós-ativação, ou aceleração, como também é comumente denominada. Essa etapa pode servir para permitir que espécies de ativação, depositadas a partir da solução de ativação na etapa de préimersão, sejam tão 'ativas' quanto possível, antes da etapa de folheamento autocatalítico em si. Esta etapa pode permitir que as espécies de ativação possam interagir mais prontamente com a solução de folheamento autocatalítico na etapa de folheamento em si; isto pode não apenas diminuir o tempo de início da reação de folheamento autocatalítico, mas também minimizar a possibilidade de as espécies de ativação contaminarem a solução de folheamento autocatalítico, aumentando a qualidade do folheamento resultante. Se esta etapa de pósativação for deixada de lado, a solução de ativação depositada na peça de trabalho pode conter espécies marginalmente aderentes, o que pode resultar em contaminação da solução de folheamento autocatalítico e prolongar o início da reação de folheamento autocatalítico. Em alguns exemplos, as soluções de pós-ativação podem ser ácidas e

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86/91 agir para remover óxidos metálicos que podem se formar sobre as superfícies de trabalho devido a etapas de enxágue entre o ativador e o pós-ativador; ao mesmo tempo em que isto é satisfatório para o objeto de trabalho, pode servir para contaminar o pós-ativador, e a solução de banho pode precisar ser reconstituída após se tornar excessivamente concentrada com esses metais, ou outros contaminantes.

[0182] Após o pré-tratamento, um objeto de trabalho pode ser submerso em um banho químico, que contém os possíveis ingredientes a seguir como exemplos não limitadores: sais metálicos (do metal desejado para deposição), um agente redutor, um hidróxido alcalino, agentes quelantes, estabilizantes, abrilhantadores, e, opcionalmente, agentes umectantes. O agente redutor e os íons de hidróxido podem fornecer a força de redução necessária para deposição do metal contido na solução de banho. A reação de deposição pode ser iniciada pelas espécies catalíticas que podem ter sido aplicadas à superfície do objeto de trabalho durante a etapa de ativação. Escolhas típicas de banho de folheamento autocatalítico podem depender de vários fatores, incluindo, mas não se limitando a, temperatura, velocidade de folheamento desejada, espessura de folheamento desejada, e a concentração de metal (e, assim, a repetitividade da reação de folheamento para múltiplos objetos de trabalho em um único banho, embora se possa observar que essa repetibilidade também depende de muitos outros fatores).

Resistência aprimorada da barreira da embalagem e resistência mecânica através de folheamento autocatalítico [0183] Em alguns exemplos, junções laterais na embalagem de bateria laminada podem criar uma região com propriedades de barreira potencialmente insatisfatórias, possibilitando o transporte de umidade e espécies gasosas para dentro e para fora da célula. As baterias convencionais embaladas em laminados (células de pequeno invólu

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87/91 cro) podem ter junções muito mais largas em todos os lados. Por exemplo, a vedação lateral de uma célula de pequeno invólucro pode ser maior que toda a largura de uma microbateria (2 a 4 mm por lado, em comparação com uma largura de ~1 mm de uma microbateria). As junções mais largas, que podem não ser possíveis de serem incorporadas em uma pequena microbateria, podem agir como uma barreira eficaz de umidade e gás devido à largura. Assim, uma solução alternativa pode ser desejada para resistência da barreira com junções muito estreitas, como é o caso nas estruturas laminadas discutidas na presente invenção.

[0184] Em alguns exemplos, uma solução pode envolver um revestimento externo (sobre-revestimento) das microbaterias com uma camada de barreira conformai por meio de folheamento autocatalítico. Pode haver uma variedade de técnicas disponíveis para criar um revestimento de barreira hermético conformai. O revestimento externo de uma bateria miniaturizada pode apresentar desafios especiais. A presença de umidade dentro do eletrólito da bateria em combinação com as propriedades de barreira imperfeitas da embalagem pode significar que pode haver um fluxo contínuo de umidade através da embalagem até a superfície da bateria. Esse fluxo pode agir para contaminar a superfície. Além disso, a embalagem imperfeita pode possibilitar o escoamento de umidade. Adicionalmente, o ponto de fusão (aproximadamente 160 Ό do polipropileno, como um exemplo) da embalagem plástica pode limitar a temperatura possível para qualquer método de revestimento.

[0185] Técnicas de vácuo como deposição por bombardeamento com íons e evaporação térmica que exigem uma superfície limpa para deposição podem também ser inferiores para revestimento externo de microbaterias devido ao fluxo contínuo de umidade para a superfície. E, a deposição de camada atômica pode ser inadequada pela mesma

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88/91 razão. Outras técnicas como revestimento de sol-gel e deposição de vapores químicos podem exigir exposição a temperaturas que podem danificar a bateria.

[0186] Em alguns exemplos, uma solução desejável para aprimorar a eficácia da barreira e a resistência mecânica pode envolver folheamento autocatalítico como uma técnica para criar um revestimento de barreira conformado. Os princípios de folheamento autocatalítico foram discutidos na presente invenção. O folheamento autocatalítico pode depositar uma camada de metal conformada sobre um revestimento condutivo ou não condutivo. Banhos de folheamento autocatalítico foram desenvolvidos para depositar metais como níquel, cobre, e estanho sobre superfícies de plástico. O metal folheado autocataliticamente pode, então, ser adicionalmente folheado através do uso de folheamento autocatalítico ou galvanoplastia com uma ampla variedade de metais, incluindo níquel, cobre, estanho, ouro, prata, cádmio e ródio. Em alguns casos, devido problemas de custo, corrosão, e/ou mecânicos, pode ser desejável usar uma estrutura em camadas que incorpore mais de uma camada galvanizada.

[0187] O revestimento pode ter uma espessura arbitrária, e pode reforçar mecanicamente a bateria além de agir como uma barreira. Esse reforço mecânico pode forçar o hidrogênio para fora dos lados da célula, reduzindo ou eliminando sua dilatação devido à produção de gás hidrogênio durante a corrosão do zinco. Para evitar a criação de um curto-circuito entre os terminais da bateria devido ao folheamento, pode ser necessário mascarar um ou ambos os terminais com o uso de um material não condutivo durante o processo de folheamento.

[0188] Em alguns exemplos, uma camada pode ser formada por folheamento autocatalítico, em que o folheamento autocatalítico e/ou galvanoplastia pode ser usado para criar um revestimento de cobre conformado de aproximadamente 25 mícrons (1 mil) nas mesmas.

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Uma fita de vinil pode ser usada para mascarar ambas os terminais dessas baterias durante o folheamento, para evitar curto-circuito das baterias durante o processo de folheamento.

[0189] A fita pode, em seguida, ser removida dos terminais, e, então, as baterias podem ser envelhecidas à temperatura ambiente a 50% de umidade relativa.

Folheamento de baterias biocompatíveis [0190] Em um exemplo, uma bateria primária de estrutura laminada completamente formada pode ser vedada com o uso de deposição sem eletrodos, seguido de galvanoplastia. Em um exemplo não limitativo, a bateria primária pode compreender um cátodo coletor de corrente feito de folha metálica de titânio, uma química de eletrodo de cátodo formada a partir de uma pasta fluida contendo dióxido de manganês eletrolítico e carbono. A bateria primária também pode compreender um separador de hidrogel, uma química de eletrodo de ânodo de zinco eletrodepositada e um coletor de corrente de ânodo de folha metálica de latão. A bateria pode ter um eletrólito de ZnCI2/NH4CI. Pode haver diversas variações na produção de diversos componentes.

[0191] Os vários componentes podem ser formados em uma estrutura laminada em que o material laminado pode ser polietileno tereftalato que pode ser inicialmente unido com um adesivo. Em alguns exemplos, as bordas das camadas de laminado de tereftalato podem ser fundidas com vedação ultrassônica ou fusão a laser. A superfície de tereftalato pode ser limpa e tratada com uma pré-imersão em banho ácido, para remover contaminantes como uma pasta fluida residual. Outras lavagens e limpezas podem incluir limpezas do tipo RCA, limpezas à base de peróxido do tipo SC1 e SC2, ácido fluorídrico, ácido sulfúrico, e combinações de ácidos. Um acelerador ou sensibilizador pode incluir formulações proprietárias como a solução do Tipo C da Transene Company. Um ativador pode ser usado em seguida para

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90/91 tratar a superfície. Como um exemplo nãolimitador, uma solução do Tipo D da Transene Company pode ser usada. Com referência à Figura 10 A, o resultado desse tratamento é ilustrado como a camada 1010 no elemento de energização biocompatível totalmente formada da Figura 5.

[0192] Em seguida, a superfície pré-tratada pode ser imersa em banhos para folheamento autocatalítico, neste exemplo, de cobre. O corpo da bateria que foi pré-tratado e ativado pode agora ser imerso em uma mistura de solução de banho de cobre autocatalítico do Tipo A e Tipo B da Transene Company, a uma temperatura elevada de aproximadamente 40C durante um período de tempo, para formar vários mícrons de deposição. A deposição resultante é ilustrada como a camada 1020. Em alguns exemplos, a superfície pode ser lavada posteriormente em ácidos para estabilizar a superfície.

[0193] Em alguns exemplos, uma camada mais espessa de deposição, talvez de 10 mícrons ou mais de espessura, pode ser depositada sobre a camada autocatalítica, através do uso de galvanoplastia com banho de cobre. A camada de cobre resultante é ilustrada como a camada 1030. Em alguns exemplos, um tratamento de galvanoplastia de ródio pode se seguir à camada de cobre galvanizada como a camada 1040. O ródio pode estabilizar e proteger a superfície de cobre; portanto, uma camada delgada pode ser adicionada como a superfície de topo em alguns exemplos.

[0194] Se um elemento de bateria completo fosse folheado em uma camada de cobre, os dois contatos da bateria entrariam em curto e a bateria não seria funcional. Portanto, um ou ambos os contatos da bateria podem ser protegidos antes do folheamento, para impedir sua formação ao redor dos contatos e isolar o contato. Com referência à Figura 10B, uma vista de topo exemplificadora de uma bateria de estrutura laminada antes do folheamento é ilustrada na bateria da Figura

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3Β, com a conexão de ânodo 331 e a conexão de cátodo 332. Um filme protetor, como uma fita de vinil, pode ser colocado ao redor de um contato do ânodo 1050 e de um contato do cátodo 1060. A superfície remanescente 1070 da bateria pode ser revestida com as camadas autocatalíticas e galvanizadas, conforme ilustrado na Figura 10A. O fato de que a região de contato pode ter uma superfície não folheada da estrutura laminada não revestida pode não ser um problema para a vedação da bateria. Em alguns exemplos, os contatos podem ser feitos longos o bastante para que haja uma vedação relativamente grande próxima ao contato. Em outro sentido, a operação de uma bateria primária pode resultar na produção de gases, como gás hidrogênio. A presença de uma região ao redor de um ou mais dos contatos que também não esteja vedada pode ser vantajosa, já que pode criar um caminho que permite que os gases gerados se dissipem lentamente. [0195] 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.

[0196] Foram descritos exemplos específicos para ilustrar modalidades para a formação, métodos de formação e aparelho de formação de elementos de energização biocompatíveis compreendendo separadores. Esses exemplos têm o propósito de ilustrar mencionado 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 para os versados na técnica.

Claims (23)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Elemento de energização biocompatível caracterizado pelo fato de que compreende:

   uma camada espaçadora de vão;

   um primeiro orifício localizado na camada espaçadora de vão;

   uma camada espaçadora de cátodo, sendo que a camada espaçadora de cátodo está fixada à camada espaçadora de vão;

   um segundo orifício localizado na camada espaçadora de cátodo, sendo que o segundo orifício está alinhado ao primeiro orifício e sendo que o segundo orifício é menor que o primeiro orifício, de modo que quando o primeiro orifício e o segundo orifício estão alinhados, há uma crista da camada espaçadora de cátodo exposta no primeiro orifício;

   uma camada separadora, sendo que a camada separadora é colocada no interior do primeiro orifício na camada espaçadora de vão e é aderida à crista da camada espaçadora de cátodo;

   uma cavidade entre os lados do segundo orifício e uma primeira superfície da camada separadora, sendo que a cavidade é preenchida com produtos químicos do cátodo;

   um primeiro coletor de corrente revestido com produtos químicos do ânodo;

   um segundo coletor de corrente, sendo que o segundo coletor de corrente está em conexão elétrica com os produtos químicos do cátodo;

   um eletrólito compreendendo produtos químicos de eletrólito.

   um revestimento metálico externo folheado, sendo que o revestimento metálico externo folheado compreende uma porção que é folheada com folheamento autocatalítico, e sendo que a espessura

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2. 2/5 do revestimento metálico externo folheado é suficientemente grande para agir como uma barreira contra a entrada e a saída de umidade do elemento de energização bioquímico; e sendo que os produtos químicos do cátodo, os produtos químicos do ânodo e os produtos químicos do eletrólito são formulados para um único ciclo de descarga do elemento de energização.

   2. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os produtos químicos do cátodo compreendem um sal de manganês.
3. 3. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que os produtos químicos do cátodo compreendem dióxido de manganês.
4. 4. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os produtos químicos do ânodo compreendem zinco.
5. 5. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que os produtos químicos do ânodo compreendem zinco eletrodepositado.
6. 6. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os produtos químicos do cátodo compreendem grafita.
7. 7. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os produtos químicos do cátodo compreendem poli-isobutileno.
8. 8. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o revestimento metálico externo folheado compreende cobre.
9. 9. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os produtos químicos do cátodo compreendem dióxido de manganês eletrolítico moído a ja

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   3/5 to.
10. 10. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os produtos químicos do cátodo compreendem grafita sintética primária KS6.
11. 11. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que os produtos químicos do cátodo compreendem uma mistura de aproximadamente 1,7 por cento de PIB B50, 45 por cento de JMEMD, 11 por cento de KS6 e o restante, tolueno.
12. 12. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o eletrólito compreende um ou mais dentre cloreto de zinco e cloreto de amônio.
13. 13. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o separador compreende Celgard™ 412.
14. 14. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o mesmo é conectado eletricamente a um elemento eletroativo no interior do dispositivo biomédico.
15. 15. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que um material de bloqueio evita que o revestimento metálico externo folheado se forme na região de um ou mais dentre o contato de ânodo e o contato de cátodo.
16. 16. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o dispositivo biomédico é um dispositivo oftálmico.
17. 17. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o dispositivo oftálmico é uma lente de contato.

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18. 18. Elemento de energização biocompatível caracterizado pelo fato de que compreende:

    uma camada espaçadora de cátodo;

    um primeiro orifício localizado na camada espaçadora de cátodo;

    um primeiro coletor de corrente revestido com produtos químicos do ânodo, sendo que o primeiro coletor de corrente é fixado a uma primeira superfície da camada espaçadora de cátodo, e que uma primeira cavidade é criada entre os lados do primeiro orifício e uma primeira superfície do primeiro coletor de corrente revestido com produtos químicos do ânodo;

    uma camada separadora, sendo que a camada separadora é formada dentro da primeira cavidade após uma mistura precursora separadora ser dispensada dentro da cavidade;

    uma segunda cavidade entre os lados do primeiro orifício e uma primeira superfície da camada separadora, sendo que a segunda cavidade é preenchida com produtos químicos do cátodo;

    um segundo coletor de corrente, sendo que o segundo coletor de corrente está em conexão elétrica com os produtos químicos do cátodo;

    um eletrólito compreendendo produtos químicos do eletrólito;

    um revestimento metálico externo folheado, sendo que o revestimento metálico externo folheado compreende uma porção que é folheada com folheamento autocatalítico, e sendo que a espessura do revestimento metálico externo folheado é suficientemente grande para agir como uma barreira contra a entrada e a saída de umidade do elemento de energização bioquímico; e sendo que os produtos químicos do cátodo, os produtos químicos do ânodo e os produtos químicos do eletrólito são formula

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    5/5 dos para um único ciclo de descarga do elemento de energização.
19. 19. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o separador compreende metacrilato de hidróxi-etila, dimetacrilato de etileno glicol e polivinilpirrolidona.
20. 20. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que um material de bloqueio evita que o revestimento metálico externo folheado se forme na região de um ou mais dentre o contato de ânodo e o contato de cátodo.
21. 21. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que o mesmo é conectado eletricamente a um elemento eletroativo no interior do dispositivo biomédico.
22. 22. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que o dispositivo biomédico é um dispositivo oftálmico.
23. 23. Elemento de energização biocompatível, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que o dispositivo oftálmico é uma lente de contato.