CN108140497B - 可食用超级电容器 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了关于可食用电容电源如超级电容器器件的系统和方法。所述电容电源包括分层排列的负极电极、负极集电器、正极电极和正极集电器，其中在负极电极与正极电极之间安置有隔膜层，从而形成对称电双层电容器。负极电极、负极集电器、正极电极、正极集电器和隔膜层均由无毒可食用材料构建。封装材料、导电负极接片和导电正极接片也均由无毒可食用材料构建，从而形成完全可食用的电容电源封装件。

Description

可食用超级电容器
相关申请
本申请要求2015年8月25日提交的美国临时专利申请第62/209,695号和2016年2月8日提交的美国临时专利申请第62/292,625号的权益，其全部内容以引用的方式并入本文中。
技术领域和背景技术
本发明涉及超级电容器和用于制造超级电容器的方法，所述超级电容器用于医疗器件应用。根据EvaluatePharma的报道，到2018年，全球医疗器件市场将达到4,400亿美元。多种这些器件如脑深部神经刺激器、心脏除颤器、起搏器和胰岛素泵，需要嵌入式能量源。
发明内容
电池，特别是Li离子电池，被广泛用作医疗器件电源。但是，电池通常在电解质中含有有毒金属(例如锂、铅或镉)以及许多其它有毒有机组分。另外，由于与电池内部电化学特性有关的限制，其通常不适用于一些特殊情况，诸如输出高频脉冲或高瞬时功率。
在各种实施方式中，本发明提供一种用于制造超级电容器、特别是电双层电容器的非常洁净无毒的机制，所述电容器能够比电池快得多地接受和传递电荷并且耐受更多的充电和放电循环数。本公开中提供了用于制造完全由食品制成的新型对称可食用电双层电容器的各种实施例。
在一个实施方式中，本发明提供一种电容电源，所述电容电源包括分层排列的负极电极、负极集电器、正极电极和正极集电器，其中在负极电极与正极电极之间安置有隔膜层，从而形成对称的电双层电容器。所述负极电极、负极集电器、正极电极、正极集电器和隔膜层均由无毒可食用材料构建。在一些这样的实施方式中，将分层装置包封在封装材料中，其中导电负极接片和导电正极接片从封装材料中延伸出。导电负极接片与负极集电器结合，并且导电正极接片与正极集电器结合。所述封装材料、导电负极接片和导电正极接片也均由无毒可食用材料构建，从而形成完全可食用的电容电源封装件。
在一些实施方式中，本发明提供一种超级电容器，所述超级电容器包括活性炭(例如来自膳食补充胶囊)作为电极材料。通过将活性炭与蛋白混合来制备浆液。将23kt可食用金叶(golden leaf)材料用作集电器，并且将未漂白的纤维素纸附着在薄金叶的背面用于支撑目的。蛋白还用作金叶和纤维素纸之间的粘合剂。将烤海藻，例如通常用于寿司的那种烤海藻，用作隔膜，并且将明胶薄片用作封装材料。将电解质饮料，如佳得乐(Gatorade)，其含有0.02mol/L钠离子和0.003mol/L钾离子，用作电解质。
在一些实施例中，可食用的基于食品的超级电容器展现能够在体外杀灭细菌的抗细菌活性，并且功率足以驱动具有无线充电能力的市售蛇相机。通过将电荷储存在食品中，这些系统证实适当组装的食品材料可以作为生物医学器件发挥作用。
通过考虑具体实施方式和附图，本发明的其它方面将变得显而易见。
附图说明
图1A是根据一个实施方式的超级电容器的分解图。
图1B是列出可以用于构建图1A的超级电容器的各种组件的潜在无毒可食用材料的表格。
图2是根据图1A的超级电容器的特定实施例的截面视图。
图3A是图2的超级电容器中活性炭材料的相对粒径和多孔结构的SEM影像。
图3B是图2的超级电容器中活性炭材料的相对粒径的TEM影像。
图4是展示Brunauer-Emmett-Teller(BET)测试的输出的图，该测试展示了图3A和3B的活性炭材料的表面积。
图5是图2的超级电容器的明胶封装材料在溶解测试期间随时间推移在模拟胃液中的一系列俯视影像。
图6是图2的超级电容器的应变的时间演变图。
图7是图2的超级电容器在5mV/s至100mV/s的扫描速率下的CV曲线图。
图8是图2的超级电容器在恒电流充电-放电循环期间电压随时间变化的图。
图9是图2的超级电容器在图8的恒电流充电-放电循环期间的各循环的比电容的图。
图10是图2的超级电容器在第一次放电循环之前和1000次充电-放电循环之后的电化学阻抗谱(EIS)分析的图。
图11是图2的超级电容器的能量和功率密度的图，所述能量和功率密度从用250mA/g、500mA/g、1A/g、2A/g和4A/g测量的恒定电流密度充电-放电曲线计算出。
图12是六种不同超级电容器材料组合在于1A/g的恒定电流密度下进行1,000次充电-放电循环的情况下的比电容的图。
图13是如下实验装置的正视图，该实验装置具有为发光二极管(LED)供电同时部分浸在模拟胃液中的三个可食用超级电容器的系列。
图14A是包括发射室和接收盖的用于可食用超级电容器的无线充电系统的俯视图。
图14B是图14A的发射室的透视图。
图14C是图14B的接收盖的透视图。
图15是使用图14A-14C的无线充电系统进行无线充电期间的电流和电压曲线图。
图16是封装在标准000尺寸胶囊中的可食用超级电容器的正视图。
图17是用于展示图16的超级电容器在3mL大肠杆菌-PBS悬浮液中的抗微生物作用的实验装置的正视图。
图18-21是四个不同实验的平均菌落形成单位(CFU)和平均值的标准误差(SEM)的图，其中使用图17的实验装置使指数期大肠杆菌暴露于交替接通-断开的超级电容器介导的电流60分钟。
图22是使用喷墨印刷构建的图案化可食用超级电容器的俯视图。
具体实施方式
在详细解释本发明的任何实施方式之前，应了解本发明在其应用方面不限于以下描述中所阐述或以下图式中所说明的组件的构建和排列细节。本发明能够使用其它实施方式，并且能够以各种方式实践或进行。
已经出现了新颖和创新的医疗技术和器件来治疗各种疾病，如用于帕金森氏病的脑深部刺激器、用于癫痫的迷走神经刺激器、用于头部或面部疼痛的电子阿司匹林以及用于糖尿病的胰岛素泵等等。虽然可植入电子器件已经彻底改变了患者的护理方式，但其存在如下缺点，诸如：需要手术以及与手术相关的围术期并发症、更换电池以及时常校正。可生物降解电子器件和可生物分解器件如单个晶体管、原电池和生物传感器以及有机场效应晶体管，可以提供可植入电子器件的备选方案。虽然可生物降解电子器件可能解决重复手术的问题，但其可能引入其它固有缺点，诸如对结构材料和特性的限制。
除了植入永久和可生物降解的器件之外，还可以使用消化系统作为另一种途径来施用可以调节细胞和器官功能的电子器件而不需要植入。通过使用胶囊内窥镜检查法，电子器件可以经过消化道并且调节其功能。
本公开中描述的系统和方法通过展示全功能和可食用的超级电容器，一种可以用于电子学的能量源，来桥接食品工业、材料科学、器件制造和生物医学工程。在一些实施方案中，参与产生超级电容器封装件的所有材料明确来源于可食用和无毒的食品，包括例如活性炭、海藻、多电解质饮料、米纸、蛋、金叶、烹调用酱汁、胶原蛋白基糖果和乳酪。在一些实施方案中，这些可食用超级电容器还展现体外抗细菌活性并且能够为具有无线充电能力的内窥镜“蛇”相机供电。
图1A阐明了层状超级电容器器件100的分解视图。超级电容器器件100包括位于超级电容器器件100的顶部和底部封装材料层105。在一些实施方案中，如下文进一步详细论述，将超级电容器器件100顶部和底部的封装材料层105密封在一起来包封超级电容器器件100的其它层并且提供密封的超级电容器封装件。负极导电接片110夹在封装材料层105与负极集电器层115之间，或在一些实施方案中，负极导电接片110被设置为负极集电器层115的一部分。类似地，正极导电接片140夹在封装材料层105与正极集电器层135之间，或在一些实施方案中，正极导电接片140被设置为正极集电器层135的一部分。将第一电极层120和第二电极层130安置在负极集电器层115与正极集电器层135之间并且用隔膜层125分隔。
电极层120、130可以由导电和多孔材料如活性炭、铜、镁和金或银粉糊状物构建。在一些实施方案中，电极层120、130通过将电极材料(例如活性炭)与粘合剂如蛋白组合产生浆液来提供。负极集电器层115和正极集电器层135必须具有导电性并且可以包括例如金或银叶/箔。隔膜层125包括多孔绝缘材料，并且可以例如由海藻、风干肉、米纸、猪肠衣、糖薄片、蔬菜纸、威化纸(wafer paper)(由马铃薯淀粉制成)或木薯淀粉纸构建。封装材料层105通常是绝缘的并且可以以明胶、马铃薯淀粉、大豆卵磷脂纸、可食用蜡纸/膜或另一种可食用膜的形式提供。胶质滴剂、胶或面团也可以用作封装材料，但可能需要进一步处理。这些层中的一个或多个可以使用粘性粘合材料如蛋、蛋粉、糖、结冷胶(GellanGun)、淀粉、蜂蜜、来自粘性食品(例如秋葵或山药(chinesevam))的提取汁或羧甲基纤维素(CMC)(即纤维素胶)结合在一起。在一些实施方案中，如下文进一步论述，电解质材料也可以被包括在超级电容器器件100封装件内。电解质材料含有离子并且可以例如以如下形式提供，例如：磷酸盐缓冲盐水(PBS)、电解质饮料如佳得乐、柠檬水、椰子水、蔬菜汁(例如V8)、凝胶电解质(例如烤肉用酱汁)、果冻(Jell-O)或乳酪。图1B阐释了可以用于提供图1a中所阐释的超级电容器器件100的层/组件的各种可能的食品基材料的表格。
图2说明根据图1A的实施例构建的超级电容器器件200的特定实施例。图2的超级电容器器件200的所有组件都来源于食品。提供第一乳酪隔离层(segregation layer)210和第二乳酪隔离层240来分隔活性超级电容器材料与明胶封装层205。第一集电器层215和第二集电器层235是金叶，第一电极220和第二电极230包含活性炭，隔膜225是海藻，并且电解质245是佳得乐。将明胶封装层205密封来包住活性超级电容器材料并且提供密封的、可食用超级电容器器件200。通过将电子器件(例如可吞咽的胶囊基医疗器件)结合到从明胶封装层205伸出的负极导电接片和正极导电接片(未在图2中显示)来从超级电容器器件200得到电力。
为了使分散的活性炭颗粒结合成连续膜来作为电极，采用可食用粘合剂。具体地，将蛋白用作图2实施例的电极220、230中的粘合剂。与蛋白质的氢键和离子相互作用的存在使得可以形成具有高粘着强度的膜，从而允许蛋白在食品加工工业中用作粘合剂。超级电容器器件200的电极220、230通过将活性炭(Nature's Way Products,Inc；Green Bay,WI)与一定量的蛋白以1:2的质量比混合来制备。蛋白主要含有生物素和蛋白质如白蛋白、粘蛋白和球蛋白，其能够通过蛋白质与水之间的氢键合来与水形成生物大分子溶液。接着以1:3的比率(活性炭比水)将去离子水添加到混合物中。将混合物磁力搅拌2小时，接着在水浴中超声处理30分钟。这个特定实施例中的电极220、230是2cm×2cm并且厚度约为120μm。然而，基于由超级电容器器件200供电的医疗器件的设计和功率要求，其它尺寸和厚度也是可能的。
图3A显示扫描电子显微镜(SEM)下的用于电极220、230的活性炭，并且图3B显示透射电子显微镜(TEM)下的电极220、230。这些图展示碳簇是高度多孔的，并且单个碳颗粒的尺寸为约100nm。因此，这种形式的碳为超级电容器器件200提供高电极表面积。图4阐释了展示Brunauer-Emmett-Teller(BET)测试的输出的图，该测试展示图3A和3B的电极220和230中所用的活性炭的表面积。活性炭的表面积为约1,400m2/g，与其它不可食用超级电容器器件中使用的活性炭材料相当。
可食用金属如工匠烘焙和许多东方烹饪中所用的的非常薄的金和银叶，可以用作超级电容器器件200中的第一和第二集电器层215和235。通过四点探针测量厚度为3-5μm的金叶的薄层电阻为0.48Ω/sq。超级电容器器件200中所用金叶的厚度为120μm，并且其它实施方案中可以使用其它厚度。在图2的特定实施例中，第一集电器层215和第二集电器层235通过以下方法制备：将蛋白均匀地涂覆在无氯木纤维纸(Mondi；Graz-Seiersberg,Austria)上形成粘合层，然后在纸上附着一张约3μm厚的23kt可食用金叶(Alma GourmentLtd；Long Island City,NY)。接着将涂金纸在周围环境中干燥2小时，然后将其图案化为具有期望面积的第一集电器层215和第二集电器层235。通过医用刮刀将混合物涂布在第一集电器层215和第二集电器层235上，接着在周围环境中过夜干燥，并且在室温低压(10Pa)的腔室中干燥6小时以避免热应力并去除电极中的水。
隔膜225的材料对离子是可渗透的，同时还显示高电阻来避免超级电容器器件200的电极220、230之间的电接触。图2的实施例中使用烤海藻(Nagai NoRi Co.,Ltd；Torrance,CA)——一种流行的小吃并且也广泛用于寿司中，该烤海藻具有多层亲水性结构——作为隔膜225。海藻由具有高电阻率和高离子渗透性的多层亲水性结构组成。在其它实施方案中，可以使用米纸作为隔膜225而具有类似结果。使用去离子水作为通过流体来研究海藻和米纸的透过率。使用圆形印模将海藻和米纸切成直径为2英寸的部分。使用橡胶垫片将测试材料(即海藻和米纸)放置在5英寸钢制腔室的末端。将水倒入腔室中，并且使用来自气缸的调节氮气进行连续压力测试。将从腔室流出的流体收集在烧杯中，并且放置在与电脑连接的称量天平上。使用来自流体经过的数据来计算质量通量和透过率。测得烤海藻的透过率为52g/m2s。
图2的实施例中采用明胶薄片(Modernist Pantry,LLC；York,ME)——如用于食品加工和医用胶囊中的明胶薄片，作为封装层205。图5说明当将明胶薄片705浸入模拟胃液710中并沿水平方向约束时原位观察消化过程的截面视图。观察到初始横截面积为160μm×1,090μm的明胶薄片705首先由于胃液710扩散到聚合明胶网络中而膨胀，接着由于明胶薄片705的消化而收缩，最终在2.5小时后变得在显微镜下不可见(在图5的实施例中使用具有5×物镜的Nikon Eclipse lv100)。在此过程中，沿水平方向约束所产生的水平方向上的最大应变(ε水平)仅为17％，而其在厚度方向上的对应最大应变(ε厚度)为261％。这种准一维约束消化过程可以通过考虑质量扩散、化学反应和极大机械变形的结合的理论模型来理解。如图6所示，从实验和模拟获得的应变(ε水平和ε厚度)的时间演变非常吻合。
使用具有高浓度钠、钾、柠檬酸盐和其它稳定剂以及高离子电导率(>2mS/cm)的多电解质饮料如佳得乐作为图2实施例中的电解质245。将乳酪片(Lucerne Foods,Inc.；Pleasanton,CA)安置在高亲水性明胶薄片(封装层205)与金叶第一和第二集电器层215和235之间作为隔离层210、240来避免明胶薄片封装层205与电解质245之间的直接接触，并且因此防止明胶封装层205吸收电解质。最后，用热量受控的脉冲密封器对封装层205进行热密封。因此，仅使用食物组装完全可食用的超级电容器。
图7说明图2的可食用超级电容器在5mV/s至100mV/s的扫描速率下的循环伏安(CV)曲线。CV曲线在较低的扫描速率下为明显的矩形形状，并且在增加的扫描速率下变为大致矩形形状，这对于超级电容器器件200的电容特性和可逆性是理想的。恒电流充电/放电测试结果如图8所阐释，并且显示一些内部电阻，其中恒定电流密度为1A/g。
如图9所说明，在1000次充电/放电循环后，在1A/g电流密度下比电容从78.8F/g降至72.7F/g，保留92.3％，这与活性炭基超级电容器一致。从放电电容Csp＝2I/(m(ΔV/Δt))的斜率计算比电容(Csp)，其中I是施加的电流，并且m是两个电极的平均质量。下降的主要原因是电解质被明胶薄片吸收。为了确认，测试镀铝聚乙烯(PE)(用于超级电容器的标准包装材料)和没有使用乳酪隔离的明胶来进行比较。在1,000次充电/放电循环后，使用镀铝PE的比电容从76.4F/g降至74.0F/g，保留96.9％，因此证实了电极-隔膜-电解质系统的优良的电化学稳定性。然而，在100次循环后，使用明胶的比电容从73.2F/g降至低于34.9F/g，并且在1,000次循环后降至4.4F/g。这个比较显示，乳酪片可以显著防止电解质损失并且改善循环稳定性。
图10呈现使用明胶薄片和乳酪作为包装材料的一个循环和1000个循环后的电化学阻抗谱法(EIS)的结果。仅观察到电阻略微提高。图11显示能量和功率密度曲线，所述能量和功率密度曲线从用250mA/g、500mA/g、1A/g、2A/g和4A/g测量的恒定电流密度充电-放电曲线计算出。
可食用超级电容器的材料可能性是巨大的，因为有大量可用的食品。其它可能的材料包括作为提高电解质离子密度的电解质添加剂的谷氨酸单钠(MSG，风味增强剂)、作为粘合剂的羧甲基纤维素(CMC，食品添加剂)、作为集电器的银叶、作为液体电解质的V8蔬菜饮料和Monster Energy饮料、作为凝胶电解质的BBQ酱汁、果冻和乳酪以及作为封装材料的胶状糖果。
图12说明由食品基材料的各种不同组合构建的超级电容器在超过1000次充电/放电循环中的比电容。对于在1A/g的电流密度下进行1000次充电-放电循环，在佳得乐中添加MSG后，由于离子密度提高，比电容从78.8F/g增至129F/g。其它液体电解质(V8蔬菜和MonsterEnergy饮料)的比电容由于不同的离子组分和浓度而显示不同的值。由于内阻高，凝胶电解质(BBQ酱汁、果冻和乳酪)的比电容低于液体电解质。
如上所述，食品基超级电容器的可食用性质为各种类型的医疗器件提供可吞咽的电源。图13说明串联连接并且为发光二极管(LED)1505供电，同时部分浸在模拟胃液1510中的三个超级电容器1500(每个超级电容器器件200具有2cm×2cm的电极面积)。LED 1505保持点亮三分钟，接着逐渐变暗并在四分钟后不能发光。一小时后，超级电容器1500已经部分溶解在模拟胃液1510中。
图14A-14C说明可食用超级电容器器件200的另一种用法。在这个实施例中，提供无线充电系统1600来为图2的超级电容器器件200充电。如图14A所示，无线充电系统1600包括发射室1605和接收盖1610。图14B是包括发射线圈1606和DC-AC转换电路1607(GHH，Amazon)的发射室1605的近观图。图14C是包括接收线圈1611和AC-DC转换电路1612(GHH，Amazon)的接收盖1610的近观图。将超级电容器器件200与接收线圈1611和AC-DC转换电路1612集成并且放置在充电室中，从而使得该超级电容器可以在发射室1605外的由发射线圈1606和DC-AC转换电路1607产生的交流电磁场(频率为60Hz)中无线充电。使用诸如此类的无线充电系统，人体内的超级电容器器件200可以在围绕人体的交变电磁场中充电。图15说明使用图14A-14C的无线充电系统进行无线充电期间的电流和电压曲线图。利用接收器的5.144V恒定电压输出，在3分钟内，超级电容器组的电压从0.470增至4.994V，并且电流从60(在第10秒测量)降至14.41mA。五分钟后，电压增至5.002V，而电流降至12mA。
可食用超级电容器，诸如图2所说明，也可以用于利用电流的抗细菌活性。这种抗细菌活性先前已经针对各种液体包括合成尿液、水和盐溶液中的浮游大肠杆菌(Escherchia coli)、肺炎克雷伯氏杆菌(Klebsiella pneumoniae)和变形杆菌(Proteus)菌种展示出。此外，低强度电流使葡萄球菌和假单胞菌生物膜中的活细菌数目在长时间(1至7天)暴露后减少。然而，迄今为止，还未实现可以带入人体并且用于通过低强度电流杀灭细菌的真正器件。
为了进一步评定可食用超级电容器的潜在生物医学应用，在肉汤抗微生物敏感性实验中使用大肠杆菌ATCC 25922研究了可食用超级电容器放电电流对细菌活力的影响。图16显示封装在标准000尺寸明胶胶囊1701中的可食用超级电容器器件200，其中电极接头1703、1705从胶囊1701中延伸出。图17显示包括两个黄铜棒1801和1802的实验环境，其中将塞子1803插入3mL大肠杆菌-PBS悬浮液1804中。通过连接棒的外端与超级电容器器件200的电极接头1703、1705而形成电流回路。将指数期的大肠杆菌细胞(约107个CFU/mL)再悬浮在磷酸盐缓冲盐水(PBS)中并且暴露于交替的接通(2min)和断开(2min)电流循环60min。如图18的曲线所说明，与没有电流(生长对照)相比，在暴露于超级电容器介导的电流60min后，存在的活细胞数量显著减少(P<0.01)。观察到细菌活力的时间依赖性降低，其中当电流施加更长时间时通常检测到较少的活细胞计数。如图18的曲线所说明，可食用超级电容器器件200在交替的接通-断开电流暴露60min后引起显著的细菌活性降低(平均降低99.93％)。当基于安培数读数区分重复实验时，如图18-21的曲线所说明，在所有时间点，较高的安培数与较大的细菌活力降低有关，表明适当设计可食用超级电容器可更好地控制抗细菌活性的效率。
除了上述特定方法和构建之外，可以使用用于制造可食用超级电容器的其它机制，包括例如使用喷墨印刷技术。作为直接写入技术，喷墨印刷直接将图案转移到衬底上，从而提供精细/特定的图案产生、非接触式注入、节约溶液的效果、高重复性和可扩展性以及易用于大型或小型区域的方法。
在利用喷墨印刷技术的一个实施方案中，将0.2g活性炭添加到50mL蒸馏水中。接着添加0.04g CMC作为粘合剂。使活性炭/CMC混合物经受离心(6000rpm 20分钟)来去除大尺寸颗粒和聚结物，从而产生用于喷墨印刷方法的适合粘度。接着用蔗糖酯作为分散剂在水中制备银(Ag)纳米线悬浮液。接着使银纳米线悬浮液经受声波驱动的断裂过程来避免喷墨印刷硬件的堵塞。
然后可以使用利用活性炭/CMC混合物作为“油墨”的市售台式喷墨式印刷机(例如HP Deskjet F4810)在纸(例如A4纸)上直接制造喷墨印刷电阻器。为了控制所得印刷电阻器的电阻，在相同位置多次印刷/重写相同电极图案(例如，2cm宽的矩形形状)。
类似地，为了制造超级电容器电极，将银纳米线混合物用作“油墨”来在纸上印刷图案。图22说明由所述喷墨打印机印刷图案化电极以形成超级电容器的一个实施例。接着使用活性炭/CMC混合物作为“油墨”在相同位置喷墨印刷相同图案。为了形成高度互连的银纳米线网络，使喷墨印刷的超级电容器电极经受UV照射来使得银纳米线光子烧结(photonic sintering)。接着用电解质(诸如佳得乐)涂布印刷的电极，然后用明胶薄片作为超级电容器封装来将喷墨印刷的电极/电解质组件密封。将银纳米线印刷层用作集电器，将活性炭用作电极的活性材料，将CMC用作粘合剂，将佳得乐用作电解质，并且将明胶薄片用作封装。
使用这种“印刷”技术制造的超级电容器的容量可以基于图案用相同“油墨”重写的次数进行调节和改变。在一个实施方案中，当活性炭的质量加载为0.2mg并且活性炭的实际电容为100F/g时，一个电极的电容将为0.02F(即，0.2mg×100F/g)。因此，超级电容器的整个电容将是电极的一半-即0.01F。超级电容器的电容可以通过增加使用活性炭/CMC混合物重写电极图案的次数，从而提高所得印刷电极中活性炭的质量加载来增加。
因此，本发明尤其提供真正可食用且可消化的可食用超级电容器，因为所有组件都来源于食品。可食用超级电容器可以用于许多生物医学应用，包括例如用于在体外杀灭细菌(例如大肠杆菌)的电“抗细菌剂”和用于医疗器件如市售USB相机的电源。除了抗细菌特性之外，可食用食品基超级电容器可以用作消化道恶性肿瘤和其它恶性肿瘤的肿瘤佐剂。通过合并现代食品工程、材料科学、器件制造和生物医学应用，由于可食用电子学的搜索候选材料的范围空前扩大，所以这项研究有可能对可食用电子领域产生广泛且深远的影响。权利要求书中阐述了本发明的各种特征和优点。

Claims (13)

1.一种超级电容器，其包含：
负极集电器；
负极电极；
正极电极；
正极集电器；以及
安置在所述负极电极与所述正极电极之间的隔膜，
安置在所述负极集电器与所述正极集电器之间的电解质，
其中所述负极集电器、所述负极电极、所述隔膜、所述正极电极和所述正极集电器分层排列，形成对称电双层电容器，
其中所述负极集电器、所述负极电极、所述隔膜、所述正极电极和所述正极集电器均由可食用材料形成，
其还包含包封所述负极集电器、所述负极电极、所述隔膜、所述正极电极和所述正极集电器的封装材料，所述封装材料由可食用封装材料形成并包括至少一种选自以下的可食用封装材料：明胶、马铃薯淀粉、大豆卵磷脂纸和可食用蜡膜；以及
其还包含置于所述封装材料与所述负极集电器之间的第一隔离层，所述第一隔离层由至少一种可食用材料形成，所述可食用材料包括乳酪。
2.根据权利要求1所述的超级电容器，其还包含：
与所述负极集电器电结合并且从所述封装材料伸出的第一导电接片；和
与所述正极集电器电结合并且从所述封装材料伸出的第二导电接片。
3.根据权利要求1所述的超级电容器，其还包含可食用电解质，其中安置所述第一隔离层以防止所述可食用电解质接触所述封装材料。
4.根据权利要求1所述的超级电容器，其中所述负极集电器的可食用材料包括金属箔。
5.根据权利要求4所述的超级电容器，其中所述金属箔包括金箔或银箔。
6.根据权利要求1所述的超级电容器，其中使用可食用无毒粘合剂将选自所述负极集电器、所述负极电极、所述隔膜、所述正极电极和所述正极集电器的两个以上的层结合在一起。
7.根据权利要求6所述的超级电容器，其中所述可食用无毒粘合剂包括至少一种选自以下的材料：蛋、蛋粉、糖、结冷胶、蜂蜜、来自粘性食品的提取汁、和羧甲基纤维素。
8.根据权利要求1所述的超级电容器，其中所述隔膜包括多孔绝缘材料。
9.根据权利要求8所述的超级电容器，其中所述隔膜的多孔绝缘材料包括至少一种选自以下的材料：海藻、风干肉、米纸、猪肠衣、糖薄片、蔬菜纸、威化纸和木薯淀粉纸。
10.根据权利要求1所述的超级电容器，其中所述负极电极的可食用材料包括多孔导电材料。
11.根据权利要求10所述的超级电容器，其中所述负极电极的多孔导电材料包括至少一种选自以下的材料：活性炭、铜、镁、金粉浆料和银粉浆料。
12.根据权利要求1所述的超级电容器，其中所述超级电容器中包括的各材料为食品增补剂、食品添加剂或明确的食品。
13.一种可食用超级电容器，其包含：
由乳酪形成的第一隔离层；
由可食用金叶形成的第一集电器层，其与所述第一隔离层相邻放置；
由活性炭形成的第一电极层，其与所述第一集电器层相邻并与所述第一隔离层相对放置；
由海藻形成的隔膜层，其与所述第一电极层相邻并与所述第一集电器层相对放置；
由活性炭形成的第二电极层，其与所述隔膜层相邻并与所述第一电极层相对放置；
由可食用金叶形成的第二集电器层，其与所述第二电极层相邻并与所述隔膜层相对放置；
由乳酪形成的第二隔离层，其与所述第二集电器层相邻并与所述第二电极层相对放置；
由明胶形成的封装，其包封所述第一隔离层、所述第一集电器层、所述第一电极层、所述隔膜层、所述第二电极层、所述第二集电器层和所述第二隔离层；以及
可食用电解质材料，其被包封在所述封装内以使得所述第一隔离层和所述第二隔离层防止所述可食用电解质材料接触所述封装。
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