ES2582483T3

ES2582483T3 - Batería de cable biocompatible

Info

Publication number: ES2582483T3
Application number: ES12745736.4T
Authority: ES
Inventors: Daniel B. Otts; Katherine Rowan HARDY; Randall Braxton PUGH; Edward R. Kernick
Original assignee: Johnson and Johnson Vision Care Inc
Current assignee: Johnson and Johnson Vision Care Inc
Priority date: 2011-08-02
Filing date: 2012-07-26
Publication date: 2016-09-13
Anticipated expiration: 2032-07-26
Also published as: KR101943292B1; IL230518A0; TWI574444B; TW201330348A; RU2572240C2; WO2013019525A1; PL2740170T3; KR20140054131A; JP6239506B2; CN103718328A; EP2740170A1; US20130034760A1; RU2014107880A; EP2740170B1; BR112014002482A2; JP2014524643A; AR087420A1; HK1198784A1; US9812730B2; CN103718328B

Abstract

Celda de batería electroquímica (100) que comprende: un colector de corriente anódica (102) configurado como un cable con un perfil de sección transversal predeterminada; una capa anódica (104) formada y situada alrededor de al menos una porción del colector de corriente anódica (102); una capa separadora (106) formada y situada alrededor de al menos una porción de la capa anódica (104); una capa catódica (108) formada y situada alrededor de al menos una porción de la capa separadora (106), estando configurada la capa separadora (106) para evitar el contacto eléctrico entre la capa anódica (104) y la capa catódica (108); un colector de corriente catódica (110) formado y situado alrededor de al menos una porción de la capa catódica (108); un electrolito que establece la conductividad iónica entre la capa anódica (104) y la capa catódica (108); y en la que la capa anódica (104) comprende partículas de cinc dispersas en una matriz polimérica.

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Baterfa de cable biocompatible Descripcion

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

1. Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a una bateria electroquimica recargable, y mas concretamente a una bateria electroquimica recargable biocompatible configurada como un cable para alimentar un dispositivo que deba implantarse en, o proximo a un organismo vivo, asi como cualquier otro dispositivo que necesite formas de bateria no tradicionales.

2. Analisis de los antecedentes de la tecnica

Recientemente, el numero de dispositivos medicos implantables ha aumentado de forma espectacular. Por ejemplo, durante la ultima decada, el uso de estents, estents farmacoactivos, marcapasos, desfibriladores, dispositivos de asistencia ventricular, bombas de infusion de glucosa y neuroestimuladores ha aumentado en grandes proporciones. Algunos de los ejemplos enumerados anteriormente, asi como varios otros dispositivos medicos implantables y/o no implantables son dispositivos activos y requieren fuentes de alimentacion para funcionar. Por lo general, se imponen a las fuentes de alimentacion o baterias que se utilizan junto con los dispositivos medicos implantables o no implantables especificaciones rigurosas con respecto al tamano fisico y al rendimiento. Las baterias de generacion mas antigua que fueron disenadas para dispositivos medicos implantables eran dispositivos de mayor tamano con una vida util relativamente corta. Sin embargo, con la llegada de dispositivos medicos implantables en miniatura para aplicaciones tan diversas como la administracion de farmacos, la deteccion y el control de la glucosa, y la neuroestimulacion, se necesitan baterias capaces de proporcionar potencia util y que ocupen cada vez menos espacio. Ademas de un pequeno tamano, una bateria que vaya a implantarse debe incluir preferentemente una vida util, velocidades de autodescarga insignificantes, una gran fiabilidad durante un largo periodo de tiempo, y compatibilidad con la quimica interna del cuerpo de un paciente, en otras palabras, debe ser tan biocompatible como sea posible. Pueden utilizarse encapsulantes y/o recubrimientos biocompatibles para satisfacer esta necesidad.

Determinadas quimicas de bateria, por ejemplo, las quimicas de litio, requieren que la bateria este hermeticamente cerrada; sin embargo, los envases hermeticos pueden hacer dificil conseguir disenos no convencionales. Por consiguiente, pueden utilizarse diferentes quimicas para eliminar la necesidad de un cierre hermetico.

Se considera que los dispositivos brevemente descritos anteriormente incluyen algunos de los dispositivos implantables energizados o consumidores de energia mas tradicionales. Mas recientemente, se ha teorizado que los componentes activos o los componentes que requieren energia pueden incorporarse en dispositivos tradicionalmente pasivos. Por ejemplo, las lentes de contacto han proporcionado funcionalidad de correccion de la vision mediante la incorporacion de una calidad de refraccion en la lente. Ademas, pueden incorporarse en las lentes de contacto cualidades que cambien la pigmentacion para proporcionar una mejora cosmetica, y pueden incorporarse en las lentes de contacto agentes y/o farmacos para proporcionar funcionalidad terapeutica. Estas caracteristicas se logran de forma pasiva o sin que la lente de contacto este energizada. Otro dispositivo que opera de modo pasivo es un tapon lagrimal que se utiliza para el tratamiento de los ojos secos disminuyendo la elimination de las lagrimas a traves del punto lagrimal. Sin embargo, como se ha indicado anteriormente, se ha teorizado que pueden incorporarse componentes activos en dispositivos tradicionalmente pasivos tales como las lentes de contacto y/o los tapones lagrimales. Por ejemplo, un componente activo de una lente de contacto puede ser capaz de cambiar la potencia de refraccion de la lente. Ademas, un tapon lagrimal puede comprender una bomba a microescala para dispersar un agente terapeutico. Tal como se utiliza en el presente documento, “tapon lagrimal” se refiere a un dispositivo de tamano y forma adecuados para insertarse en el canaliculo lagrimal inferior o superior del ojo a traves de, respectivamente, el punto lagrimal inferior o superior.

Por consiguiente, existe la necesidad de fuentes de alimentacion en baterias que sean compatibles con los requisitos de tamano y forma de estos dispositivos, asi como las necesidades de energia de estos nuevos componentes activos. Estas baterias en miniatura o a microescala deberian proporcionar una salida de potencia util, ser capaces de cargarse a velocidades aceptables, tener un ciclo de vida util, ser capaces de funcionar durante periodos prolongados en una modalidad de descarga profunda y proteger esencialmente frente al riesgo de fuga de electrolitos.

El documento EP2445043 (A1) es pertinente en virtud del articulo 54(3) EPC solamente. En el documento EP2445043 se describe un metodo para fabricar una bateria secundaria de tipo cable que incluye: preparar un colector de corriente de primera polaridad con una forma larga y delgada; formar al menos dos capas de material activo de electrodo de primera polaridad en el colector de corriente de primera polaridad para que queden separadas entre si en la direction longitudinal; formar una capa de electrolito para rodear al menos dos capas de material activo

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

de electrodo de primera polaridad; formar al menos dos capas de material activo de electrodo de segunda polaridad sobre la capa de electrolito para que queden separadas entre si en posiciones correspondientes a las capas de material activo de electrodo de primera polaridad; formar un conjunto de electrodo rodeando las capas de material activo de electrodo de segunda polaridad con un colector de corriente de segunda polaridad; rodear el conjunto de electrodo con un elemento de revestimiento; y curvar el conjunto de electrodo y el elemento de revestimiento en forma esencialmente de "S" con respecto a un espacio entre las capas de material activo de electrodo de primera polaridad.

RESUMEN DE LA INVENCION

La bateria electroquimica recargable biocompatible de la presente invention supera varios de los inconvenientes asociados con las baterias que se utilizan en la actualidad para los dispositivos medicos implantables y/o no implantables, asi como los dispositivos no medicos. La presente invencion se refiere a una celda de bateria electroquimica segun la revindication 1.

Segun un aspecto, la presente invencion se refiere a una celda de bateria electroquimica. La celda de bateria electroquimica comprende un colector de corriente anodica configurado como un cable con un perfil de section transversal predeterminada, una capa anodica formada y situada alrededor de al menos una portion del colector de corriente anodica, una capa separadora formada y situada alrededor de al menos una porcion de la capa anodica, una capa catodica formada y situada alrededor de al menos una porcion de la capa separadora, estando configurada la capa separadora para evitar el contacto electrico entre la capa anodica y la capa catodica, un colector de corriente catodica formado y situado alrededor de al menos una porcion de la capa catodica, y un electrolito que establece la conductividad ionica entre la capa anodica y la capa catodica.

Segun otro aspecto, la presente invencion se refiere a una celda de bateria electroquimica. La celda de bateria electroquimica comprende por lo menos un colector de corriente anodica configurado como un cable con un perfil de seccion transversal predeterminada, por lo menos un colector de corriente catodica configurado como un cable con un perfil de seccion transversal predeterminada, estando situado el por lo menos un colector de corriente catodica adyacente al por lo menos un colector de corriente anodica y separado una distancia predeterminada, en la que cada uno del por lo menos un colector de corriente anodica y el por lo menos un colector de corriente catodica estan configurados como pares, una capa anodica formada y situada alrededor de al menos una porcion del por lo menos un colector de corriente anodica, una capa catodica formada y situada alrededor de al menos una porcion del por lo menos un colector de corriente catodica, una capa separadora formada y situada alrededor de una porcion de la capa anodica y de la capa catodica, estando configurada la capa separadora para evitar el contacto electrico entre la capa anodica y la capa catodica, y un electrolito que establece la conductividad ionica entre la capa anodica y la capa catodica.

Segun otro aspecto, la presente invencion se refiere a una celda de bateria electroquimica. La celda de bateria electroquimica comprende un colector de corriente catodica configurado como un cable con un perfil de seccion transversal predeterminada, una capa catodica formada y situada alrededor de al menos una porcion del colector de corriente catodica, una capa separadora formada y situada alrededor de al menos una porcion de la capa catodica, una capa anodica formada y situada alrededor de al menos una porcion de la capa separadora, estando configurada la capa separadora para evitar el contacto electrico entre la capa catodica y la capa anodica, un colector de corriente anodica formado y situado alrededor de al menos una porcion de la capa anodica, y un electrolito que establece la conductividad ionica entre la capa catodica y la capa anodica.

Segun otro aspecto, la presente invencion se refiere a un dispositivo que incorpora una celda de bateria electroquimica. El dispositivo comprende un componente alimentable que tiene al menos un conjunto de contactos electricos positivos y negativos, y una celda de bateria electroquimica en forma de cable incorporada en o sobre el componente alimentable, teniendo la celda de bateria electroquimica en forma de cable un colector de corriente anodica y un colector de corriente catodica interconectados al por lo menos un conjunto de contactos electricos positivos y negativos, formando asi un circuito completo.

Segun otro aspecto, la presente invencion se refiere a una celda de bateria electroquimica latente. La celda de bateria electroquimica latente comprende un colector de corriente anodica configurado como un cable con un perfil de seccion transversal predeterminada, una capa anodica formada y situada alrededor de al menos una porcion del colector de corriente anodica, estando formada la capa anodica a partir de un material reductor precursor que puede convertirse en un material reductor, una capa separadora formada y situada alrededor de al menos una porcion de la capa anodica, una capa catodica formada y situada alrededor de al menos una porcion de la capa separadora, estando formada la capa catodica a partir de un material oxidante precursor que puede convertirse en un material oxidante, en la que la capa separadora esta configurada para evitar el contacto electrico entre la capa anodica y la capa catodica, un colector de corriente catodica formado y situado alrededor de al menos una porcion de la capa catodica, y un electrolito que establece la conductividad ionica entre la capa anodica y la capa catodica.

Segun otro aspecto, la presente invencion se refiere a una celda de bateria electroquimica latente. La celda de bateria electroquimica latente comprende un colector de corriente catodica configurado como un cable con un

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

perfil de seccion transversal predeterminada, una capa catodica formada y situada alrededor de al menos una porcion del colector de corriente catodica, estando formada la capa catodica a partir de un material oxidante precursor que puede convertirse en un material oxidante, una capa separadora formada y situada alrededor de al menos una porcion de la capa catodica, una capa anodica formada y situada alrededor de al menos una porcion de la capa separadora, estando formada la capa anodica a partir de un material reductor precursor que puede convertirse en un material reductor, en el que la capa separadora esta configurada para evitar el contacto electrico entre la capa catodica y la capa anodica, un colector de corriente anodica formado y situado alrededor de al menos una porcion de la capa exterior, y un electrolito que establece la conductividad ionica entre la capa catodica y la capa anodica.

Segun otro aspecto, la presente invencion se refiere a una celda de baterla electroqulmica. La celda de baterla electroqulmica comprende por lo menos un colector de corriente anodica configurado como un cable con un perfil de seccion transversal predeterminada, por lo menos un colector de corriente catodica configurado como un cable con un perfil de seccion transversal predeterminada, estando situado el por lo menos un colector de corriente catodica adyacente al por lo menos un colector de corriente anodica y separado una distancia predeterminada, en la que cada uno del por lo menos un colector de corriente anodica y el por lo menos un colector de corriente catodica estan configurados como pares, una capa anodica formada y situada alrededor de al menos una porcion del por lo menos un colector de corriente anodica, estando formada la capa anodica a partir de un material reductor precursor que puede convertirse en un material reductor, una capa catodica formada y situada alrededor de al menos una porcion del por lo menos un colector de corriente catodica, estando formada la capa catodica a partir de un material oxidante precursor que puede convertirse en un material oxidante, una capa separadora formada y situada alrededor de al menos una porcion de la capa anodica y de la capa catodica, estando configurada la capa separadora para evitar el contacto electrico entre la capa anodica y el capa catodica, y un electrolito que establece la conductividad ionica entre la capa anodica y la capa catodica.

Segun otro aspecto, la presente invencion se refiere a un metodo para formar una celda electroqulmica para su uso con un dispositivo. El metodo para formar una celda electroqulmica para su uso con un dispositivo comprende sacar una longitud de celda de baterla electroqulmica en forma de cable a partir de un suministro de la celda de baterla electroqulmica en forma de cable, comprendiendo la celda de baterla electroqulmica en forma de cable un colector de corriente anodica y un colector de corriente catodica, separar una longitud predeterminada de la celda de baterla electroqulmica en forma de cable a partir del suministro de celda de baterla electroqulmica en forma de cable, proporcionar una porcion del colector de corriente anodica y del colector de corriente catodica para hacer contacto electrico con un dispositivo a alimentar, y dar a la celda de baterla electroqulmica en forma de cable una forma predeterminada para su uso con el dispositivo a alimentar.

La baterla electroqulmica recargable biocompatible de la presente invencion se encuentra en forma de cable. La baterla de cable esta disenada para utilizarse en o proxima al cuerpo de un organismo vivo y es una baterla electroqulmica recargable a microescala, facil de utilizar, flexible y economica que proporciona energla estable fiable para multitud de aplicaciones corporales. La baterla electroqulmica recargable biocompatible de la presente invencion tambien puede utilizarse en multitud de otras aplicaciones adecuadas que requieran factores con forma no tradicional y a microescala, por ejemplo, tarjetas de credito inteligentes o etiquetas RFID activas. La baterla puede cortarse a medida para una aplicacion concreta proporcionando al mismo tiempo la misma tension en circuito abierto independientemente de como este configurado el cable en ultima instancia, y la longitud del cable utilizada. Ademas, para una determinada longitud de corte de la baterla, pueden especificarse diversas dimensiones de seccion transversal en la que pueden ajustarse diversos atributos de rendimiento a una determinada aplicacion, por ejemplo, para conseguir una mayor capacidad.

Las baterlas convencionales tienen una baja relacion entre longitud y diametro, comunmente conocida como relacion de aspecto (por ejemplo, una baterla aA tiene una relacion de aspecto de aproximadamente 3,7 y una baterla AAA tiene una relacion de aspecto de aproximadamente 4,7), mientras que la baterla en forma de cable de la presente invencion puede tener una relacion entre longitud y diametro muy grande, del orden de significativamente superior a diez a uno. Es importante reconocer que las relaciones de aspecto son relativas. Esto puede ser especialmente ventajoso cuando el factor forma es una restriction al diseno del dispositivo. Por ejemplo, la baterla en forma de cable de la presente invencion puede utilizarse para alimentar una gran variedad de dispositivos, incluidos una lente de contacto con componentes activos, un tapon lagrimal con componentes activos, una lente intraocular con componentes activos, o un estent con componentes activos para introducir agentes terapeuticos o promover la curacion. En algunas de estas aplicaciones, puede ser necesario cortar el cable corto debido a la restriccion de tamano del dispositivo; por consiguiente, puede reducirse la relacion de aspecto.

Una baterla alcalina convencional tiene una estructura de alambre-vaina, por ejemplo, un “cilindro” tipo AA, o una estructura superior e inferior, por ejemplo, una pila de boton. Otras baterlas de “cilindro” utilizan una estructura de "rollo de gelatina" de un laminado enrollado para aumentar la superficie de contacto de los materiales disponible para la reaction electroqulmica. La baterla en forma de cable de la presente invencion es capaz de conseguir una mayor relacion entre superficie de contacto (del separador) y volumen (de materiales activos) que cualquier estructura convencional. Esto puede proporcionar una capacidad de velocidad de carga y descarga de alto rendimiento a pesar de las dimensiones intrlnsecamente pequenas de la baterla. En una baterla convencional, la

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

capacidad es especificada por el tamano de baterla convencional, mientras que en el caso de una baterla de cable, la capacidad es especificada como una densidad de energla lineal es decir, micro-amp-hora/min.

Una baterla convencional es un cilindro metalico que esta engarzado dentro de un recipiente cerrado que comprende unos respiraderos polimericas para permitir cierta desgasificacion. En el caso de una qulmica alcalina recargable, una baterla convencional puede requerir determinados catalizadores de recombination de gases para evitar la rotura del cilindro metalico. Ademas, algunas baterlas alcalinas convencionales y recargables requieren una aleacion de cinc para baterlas especial que tiene alta pureza y tambien es capaz de reducir la velocidad de una reaction secundaria con el cinc y el agua para producir hidrogeno gaseoso que puede hacer que el cilindro tenga fugas o se rompa. Antes de las recientes normas ambientales, se utilizaba mercurio en lugar de aleaciones de cinc para baterlas. La baterla en forma de cable de la presente invention no tiene un envase de tipo cilindro y esta esencialmente abierta al entorno tanto para la permeabilidad a los gases como la humedad.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

Las anteriores y otras caracterlsticas y ventajas de la invencion resultaran evidentes a partir de la siguiente description mas detallada de las formas de realization preferentes de la invencion, como se ilustra en los dibujos adjuntos.

La Figura 1 es una vista en corte transversal de una baterla de un solo cable biocompatible ejemplar segun la presente invencion.

La Figura 2 es una representation esquematica de un circuito simplificado utilizando la baterla de un solo cable biocompatible segun la presente invencion.

La Figura 3 es una vista en corte transversal de una baterla de dos cables biocompatible ejemplar alternativa segun la presente invencion.

La Figura 4 es una representacion esquematica de un circuito simplificado utilizando la baterla de dos cables biocompatible ejemplar en una configuration paralela segun la presente invencion.

La Figura 5 es una representacion esquematica de un circuito simplificado utilizando la baterla de dos cables biocompatible ejemplar en una configuracion antiparalela segun la presente invencion.

La Figura 6 es una representacion esquematica de un circuito simplificado utilizando una baterla multicable biocompatible ejemplar en una configuracion paralela estando las celdas adyacentes conectadas en serie segun la presente invencion.

DESCRIPCION DETALLADA DE LAS FORMAS DE REALIZACION PREFERENTES

Una baterla, celda de baterla o celda es un dispositivo en el que la energla qulmica contenida en los materiales activos que comprenden la baterla se convierte directamente en energla electrica a traves de una reaccion de oxidation-reduction electroqulmica. Estas baterlas, celdas de baterla o celdas pueden clasificarse en llneas generales como baterlas primarias que estan destinadas y optimizadas para un unico ciclo de descarga, no recargables, o como baterlas secundarias que pueden recargarse mediante la inversion de la reaccion de oxidacion- reduccion. Las baterlas primarias ofrecen varias ventajas, incluidas un buen perlodo de validez, gran densidad de energla a velocidades de descarga de bajas a moderadas, bajo mantenimiento y facilidad de uso. Las baterlas secundarias tambien ofrecen varias ventajas, incluidas una gran densidad de potencia, gran velocidad de descarga, curvas de descarga planas y buen rendimiento a bajas temperaturas, ademas de su capacidad para recargarse. Una baterla secundaria tiene por lo general una retention de carga que es peor que en una baterla primaria; sin embargo, esta deficiencia queda compensada por el hecho de que la baterla secundaria es recargable. Para facilitar la explication, el termino “baterla” se utilizara en el presente documento para referirse a un dispositivo que comprende una celda electroqulmica o una pluralidad de celdas electroqulmicas conectadas en paralelo o en serie en funcion de la salida de tension y la capacidad que se desee.

Un tercer tipo de baterla es una baterla de reserva. En este tipo de baterla, un segmento de la baterla se separa de los demas componentes antes de su activation. Al no haber reaccion qulmica hasta la activation, este tipo de baterla es susceptible de almacenamiento a largo plazo.

Una celda de baterla o celda comprende tres componentes principales; a saber, un anodo (electrodo negativo), un catodo (electrodo positivo) y un electrolito (conductor ionico). El anodo es el electrodo de combustible, que cede electrones a la carga o circuito externo y se oxida durante la reaccion electroqulmica. El material anodico tiene preferentemente gran eficacia como agente reductor, una alta capacidad especlfica (Ah/g), buena conductividad, buena estabilidad, se trabaja facilmente y es economico. Si la baterla va a utilizarse en el cuerpo, el material anodico es preferentemente todo lo biocompatible que sea posible, o se evita que haga contacto directo con el cuerpo. El catodo es el electrodo oxidante que acepta electrones de la carga o circuito externo y se reduce

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

durante la reaccion electroqulmica. El material catodico tiene preferentemente gran eficacia como agente oxidante, es estable cuando esta en contacto con el electrolito, y tiene una tension de trabajo util. Si la baterla va a utilizarse en el cuerpo, el material catodico, al igual que el material anodico, es preferentemente todo lo biocompatible que sea posible, o se evita que haga contacto directo con el cuerpo. El electrolito es el material que proporciona el medio para la transferencia de carga, en forma de iones, dentro de la celda entre el anodo y el catodo. El material electrolltico tiene preferentemente buena conductividad ionica sin ser electronicamente conductor, es electroqulmicamente estable, no reacciona con los materiales de los electrodos, varla poco con los cambios de temperatura, es seguro de manipular y es economico. Los electrolitos tlpicos son soluciones acuosas o geles pollmericos pero pueden comprender otros materiales y formas, tales como electrolitos polimericos solidos. Una vez mas, si la baterla va a utilizarse en el cuerpo, el electrolito debe ser tan biocompatible como sea posible o evitarse que haga contacto directo con el cuerpo.

La celda puede hacerse de cualquier tamano, forma y/o configuracion adecuada que sea compatible con su uso final. El anodo y el catodo estan electronicamente aislados dentro de la celda para evitar un cortocircuito, pero estan al menos parcialmente humedecidos por el electrolito. Por consiguiente, se utiliza un separador que sea permeable al electrolito para separar flsicamente el anodo del catodo. Basicamente, los componentes de la celda estan disenados y configurados para adaptarse a la forma concreta de la celda. Las celdas pueden sellarse para prevenir y/o controlar las fugas y pueden comprender tambien respiraderos para permitir que salgan los gases acumulados. Generalmente se necesitan medios adecuados para las conexiones de los terminales para completar la baterla.

El funcionamiento de la celda en el modo de descarga transcurre de la siguiente manera. Cuando la celda se conecta a una carga o circuito externo, los electrones fluyen desde el anodo, que esta siendo oxidado, a traves de la carga o circuito externo, y hasta el catodo que acepta los electrones y se reduce. El circuito electrico se completa en el electrolito, en el que los aniones o iones cargados negativamente fluyen desde el catodo hasta el anodo y los cationes o iones cargados positivamente fluyen desde el anodo hasta el catodo. El funcionamiento de la celda en el modo de carga transcurre de la siguiente manera. Se conecta una fuente de alimentacion a traves de los electrodos en lugar de un circuito externo y los electrones fluyen al anodo, que es ahora el catodo de la reaccion. Basicamente, la reaccion se invierte convirtiendose el anodo en el catodo, convirtiendose el catodo en el anodo, e invirtiendose el flujo de aniones y cationes. Cabe destacar que se dispone de diversos esquemas de carga, por ejemplo, tension constante, corriente constante - tension constante, carga por impulsos y similares. Las reacciones tanto en el modo de descarga como en el modo de carga pueden expresarse en terminos simples como una reaccion redox electroqulmica normal que depende de los materiales que comprenden el anodo y el catodo. Pueden conseguirse diferentes tensiones y capacidades utilizando diferentes materiales para los electrodos como se explica detalladamente posteriormente.

La seleccion de los materiales anodicos y catodicos determina la capacidad y la tension teorica de la celda. La energla maxima que puede suministrar una celda electroqulmica viene determinada por el tipo de materiales activos utilizados y de la cantidad de los materiales activos utilizados. En la practica, solo se genera una porcion de la energla teorica de la celda, y se debe a varios factores, incluidos el peso y volumen de los componentes no reactivos, el hecho de que la celda no se descarga a la tension teorica, reduciendose as! la tension media, y el hecho de que la celda no se descarga completamente a cero voltios, reduciendose as! los amperios-hora suministrados. Ademas, en una celda practica, los materiales activos no estan equilibrados estequiometricamente, lo que reduce la energla debido a que se utiliza una cantidad en exceso de uno solo de los materiales activos en la reaccion qulmica.

Segun una forma de realizacion ejemplar, la presente invencion se refiere a una baterla o celda no convencional. Mas concretamente, en el presente documento se divulga una baterla de cable biocompatible ejemplar. La baterla de cable biocompatible ejemplar esta disenada para utilizarse en o proxima al cuerpo de un organismo vivo y es preferentemente una baterla electroqulmica recargable a pequena escala, facil de utilizar, economica y flexible, que proporciona alimentacion estable y fiable para multitud de aplicaciones corporales, as! como aplicaciones no corporales. Aunque en el presente documento se describen formas de realizacion preferentes ejemplares de la invencion con respecto a dispositivos implantables, la baterla de cable puede utilizarse para multitud de aplicaciones. Ademas, al tener forma de cable, la baterla puede cortarse a la medida para una aplicacion particular al tiempo que proporciona las mismas caracterlsticas de salida independientemente de como se configure el cable en ultima instancia, y la longitud del cable utilizada. En comparacion con las baterlas convencionales que tienen una baja relacion de aspecto (longitud frente a diametro), las baterlas en forma de cable pueden tener una alta relacion de aspecto, por ejemplo, significativamente superior a 10:1. En determinadas aplicaciones, puede ser necesario cortar la baterla de cable corta. En otras palabras, para adaptarse a los requisitos geometricos de cualquier aplicacion determinada, puede reducirse la relacion de aspecto. Esto puede ser especialmente ventajoso cuando el factor forma es un atributo de diseno deseado. Por ejemplo, la baterla en forma de cable de la presente invencion puede utilizarse junto con multitud de dispositivos medicos que requieren energla electrica, tales como lentes de contacto inteligentes, tapones lagrimales inteligentes y lentes intraoculares inteligentes.

La baterla de cable biocompatible de la presente invencion puede comprender varias variaciones de diseno. Por ejemplo, en una forma de realizacion ejemplar, la baterla de cable biocompatible puede comprender una

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

configuracion en la que un anodo esta rodeado por un catodo. En otra forma de realizacion ejemplar, la baterla de cable biocompatible puede comprender una configuracion en la que un catodo esta rodeado por un anodo. Otras formas de realizacion ejemplares pueden incluir variaciones de los disenos anteriores y se describen detalladamente posteriormente. Por ejemplo, la baterla de cable biocompatible puede comprender una configuracion con uno o mas pares de anodo/catodo. Ademas, pueden utilizarse diversos materiales adecuados para todos los componentes de la baterla como se describira detalladamente en el presente documento. La Figura 1 ilustra una vista en corte transversal de una baterla de cable biocompatible ejemplar 100 segun la presente invencion.

En la forma de realizacion ejemplar ilustrada en la Figura 1, el nucleo de la baterla de cable comprende el colector de corriente anodica 102. El colector de corriente anodica 102 puede comprender cualquier forma, tamano y material adecuados en funcion del uso o aplicacion de la baterla 100. El colector de corriente anodica 102 puede comprender cualquier material conductor de la electricidad adecuado o fabricarse a partir de un sustrato no conductor que este recubierto con un material conductor de la electricidad. Como puede entrar en contacto con el cuerpo, el colector de corriente anodica 102 es preferentemente tan biocompatible como sea practico o estar protegido del cuerpo de cualquier manera adecuada. En la forma de realizacion ejemplar ilustrada, el colector de corriente anodica 102 comprende un alambre de cobre con una seccion transversal basicamente circular y tiene un diametro de aproximadamente setenta y cinco (75) micrometros. El colector de corriente anodica 102 tambien puede estar electrodepositado o recubierto con materiales que limiten la corrosion o la actividad qulmica, tales como recubrimientos a base de nlquel, oro y/o grafito. Si se utiliza la electrodeposicion, puede utilizarse multitud de tecnicas adecuadas conocidas. Ademas, si el perfil y/o tamano son una limitacion de diseno crltica y se utiliza una electrodeposicion o un recubrimiento, puede reducirse el perfil del substrato subyacente para dar cabida a la capa adicional.

En una forma de realizacion ejemplar alternativa, el colector de corriente anodica 102 puede comprender un unico filamento de fibra de carbono o un hilo de fibra de carbono multifilamento. Tal como se utiliza en el presente documento, el carbono o los materiales a base de carbono incluiran todas las formas elementales de carbono. Preferentemente, la cantidad de material del colector de corriente anodica debe mantenerse en la cantidad minima necesaria para proporcionar un rendimiento de uso final y procesamiento adecuados. En otras palabras, las dimensiones del colector de corriente anodica 102 se eligen para satisfacer los atributos de diseno deseados para su uso final.

Se dispone en el mercado de filamentos de fibra de carbono en los intervalos de dimensiones descritos en el presente documento. Por ejemplo, una fibra de carbono de un solo filamento comercial denominada Panex®35 disponible en Zoltek Companies, Inc. tiene un diametro de siete (7) micrometros. Se dispone en el mercado de alambres de cobre y oro utilizados en la soldadura de hilos (“wirebonding”) de circuitos integrados, en diametros de veinticinco (25) micrones o menos. En esencia, la unica limitacion de las dimensiones de la seccion transversal del colector de corriente anodica 102 es si puede cumplirse con los atributos de rendimiento electrico y mecanico utilizando un procedimiento adecuado.

Concentricamente situada alrededor del colector de corriente anodica 102 se encuentra la capa anodica 104. Aunque el termino “concentricamente” se utiliza a lo largo de la memoria con respecto a la forma de realizacion ejemplar de la Figura 1, los diversos componentes descritos en el presente documento no tienen por que estar dispuestos concentricamente. Como se ha expuesto anteriormente, la capa anodica 104 puede comprender multitud de materiales adecuados que hacen de agentes reductores. Los materiales anodicos incluyen H2, Li, Na, Mg, Al, Ca, Fe, Zn, Cd, Pb, compuestos de intercalacion de litio (por ejemplo, (Li)C6), e hidruros metalicos; sin embargo, se dispone de muchos otros materiales para la estructura del anodo y se les ocurriran a los expertos en la tecnica pertinente. La capa anodica 104 puede comprender cualquier configuracion adecuada, pero preferentemente se adapta a la forma del colector de corriente anodica 102 de manera que pueda conseguirse un perfil minimo. La eleccion del material anodico depende de varios factores, incluidos la actividad electroquimica y la compatibilidad con el ambiente en el que va a utilizarse. Como se ha indicado anteriormente, el material anodico es preferentemente tan biocompatible como sea posible o se evita que haga contacto directo con el cuerpo. La capa anodica 104 puede comprender una estructura solida formada solo a partir del material anodico o comprender un material compuesto solido o poroso que contenga el material anodico. La capa anodica 104 puede estar situada alrededor del colector de corriente anodica 102 mediante cualquier medio adecuado en funcion de su composicion, incluidos los procesos de recubrimiento por pulverizacion, de alambre y por inmersion

En la forma de realizacion ejemplar, la capa anodica 104 comprende particulas de cinc dispersas en una matriz polimerica. La matriz polimerica de la capa anodica 104 puede comprender un polimero formador de gel tal como acido poliacrilico o carboximetilcelulosa; sin embargo, esto carece de integridad mecanica; por lo tanto, preferentemente tambien comprende un polimero aglutinante, por ejemplo, oxido de (poli) etileno o alcohol (poli) vinilico o, de otro modo, se necesitaria algun tipo de envase para soportar y contener los materiales activos que comprenden la bateria. El porcentaje en peso de particulas de cinc en la matriz polimerica viene determinado por la cantidad de energia necesaria como salida de la bateria 100. Pueden anadirse otros materiales en la matriz de cinc/polimero. Puede conseguirse un control adicional sobre las propiedades fisicoquimicas de las matrices polimericas mediante reticulacion, tal como mediante reticulacion (quimica) covalente o reticulacion fisica de las cadenas mediante cristalitas, clusteres ionicos, o dominios de fases separadas insolubles/inmovilizados. La capa

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

anodica 104 puede reticularse mediante cualquier medio adecuado. En la forma de realizacion ejemplar, el llmite superior practico del tamano de partlcula de cinc esta en el intervalo de aproximadamente treinta (30) - cincuenta (50) micrometros, con un tamano medio de partlcula de aproximadamente cinco (5) - diez (10) micrometros. Mas preferentemente, la capa anodica 104 ejemplar comprende polvo de cinc con un tamano medio de partlcula de aproximadamente tres (3) micrometros, que tiene una pureza relativamente baja, aproximadamente el noventa y tres (93) por ciento, y no es una aleacion especial. Sin embargo, puede tener cierto beneficio utilizar aleaciones de cinc para baterlas de alta pureza que tengan una distribucion granulometrica util. En la forma de realizacion ejemplar, la capa anodica tiene aproximadamente treinta (30) micrometros de espesor; sin embargo, el espesor puede variarse.

El espesor practico mlnimo de la capa anodica 104 viene determinado por la distribucion granulometrica de las partlculas de cinc, as! como el numero de recubrimientos utilizados para construir la capa de cinc. Tal como se utiliza en el presente documento, el termino “espesor” se refiere al espesor medio en seco de una capa con recubrimiento independientemente de cualquier desviacion local, por ejemplo, aglutinaciones, huecos y similares, en ella. En la forma de realizacion ejemplar, un espesor mlnimo practico de la capa anodica es de aproximadamente diez (10) micrometres. Recubriendo capas subsiguientes de material anodico, puede crearse el espesor de la capa anodica total en consecuencia para conseguir una celda (o baterla) de mayor capacidad con un mayor diametro en su forma final. La relacion entre cinc y matriz polimerica inactiva tambien puede cambiarse o modificarse en consecuencia para proporcionar un equilibrio adecuado de captacion del electrolito, integridad mecanica, y densidad de energla. En una forma de realizacion ejemplar preferente, el peso en seco de partlculas de cinc en la capa anodica 104 comprende aproximadamente del cincuenta (50) al noventa y ocho (98) por ciento en peso.

La capa anodica 104 puede comprender tambien fibras de carbono conductoras, fibras de carbono conductoras molidas, nanocables de carbono y/o nanotubos de carbono. Estos materiales conductores de alta relacion de aspecto pueden proporcionar una continuidad electrica mejorada a lo largo de la capa anodica 104 que podrla de otra manera ser interrumpida por el aglutinante polimerico y su potencial hinchamiento por la captacion del electrolito o la humedad ambiental. Basicamente, estos materiales pueden proporcionar determinadas mejoras de rendimiento, tales como una menor resistencia interna, mayor grado de utilization de los materiales activos, as! como mejoras mecanicas tales como la cohesion y la manejabilidad. Estos mismos materiales tambien pueden utilizarse en la capa catodica 108, como se describe detalladamente posteriormente.

Concentricamente situada alrededor de la capa anodica 104 hay una capa separadora 106. Al igual que antes, la capa separadora y las capas por encima o por debajo no tienen por que ser concentricas. La capa separadora 106 proporciona una capa no conductora de la electricidad entre la capa anodica 104 y la capa catodica 108 y se describe detalladamente posteriormente. La capa separadora 106 puede comprender cualquier material no conductor de la electricidad adecuado que sea permeable al electrolito que esta disperso a lo largo de la baterla de cable 100, como se describe detalladamente posteriormente. La capa separadora 106 puede comprender cualquier configuration adecuada, pero preferentemente se ajusta a la forma de la capa anodica 104 de manera que pueda conseguirse el perfil mlnimo. En la forma de realizacion ejemplar, la capa separadora 106 se forma in situ creando un recubrimiento polimerico sobre la capa anodica 104 utilizando cualquier proceso adecuado, tal como el recubrimiento por inmersion, de alambre o por pulverization. La capa separadora 106 es preferentemente lo suficientemente gruesa para evitar un cortocircuito entre la capa anodica 104 y la capa catodica 108. En la forma de realizacion ejemplar, la capa separadora 106 tiene unos veinte (20) micrometres de espesor; sin embargo, el espesor puede variarse. Como se ha indicado anteriormente, la capa separadora 106 es preferentemente tan biocompatible como sea posible o se evita que haga contacto directo con el cuerpo.

Los ejemplos materiales adecuados del separador polimerico o la capa separadora incluyen mezclas de oxido de (poli) etileno y acido (poli) acrllico; sin embargo, se dispone de muchos otros materiales para la estructura del separador y se les ocurriran a los expertos en la tecnica pertinente. El separador puede ser reticulable mediante cualquier medio adecuado. En general, el separador polimerico esta formulado para tener un componente que proporcione buenas propiedades filmogenas y componentes adicionales que proporcionen mejoras de rendimiento, tales como la permeabilidad ionica. Ademas, el separador polimerico tambien puede comprender un material de carga para ayudar a aislar el anodo 104 y el catodo 108 entre si. Los ejemplos de materiales de carga utiles incluyen oxido de aluminio, celulosa microcristalina (por ejemplo, borra de algodon), sllice pirogena, o cualquier otro material de carga con un tamano de partlcula adecuadamente pequeno y que no sea conductor de la electricidad. La capa separadora 104 tiene la funcion adicional de proporcionar un deposito de electrolito para la baterla.

Concentricamente situada alrededor de la capa separadora 106 se encuentra la capa catodica 108. Una vez mas, esta capa y las capas por encima o por debajo no tienen por que ser concentricas. Como se ha expuesto anteriormente, la capa catodica 108 puede comprender multitud de materiales adecuados que hagan de agentes oxidantes. Los materiales catodicos incluyen O2, Cl2, SO2, MnO2, NiOOH, CuCl, FeS2, AgO, Br2, HgO, Ag2O, PbO2 e I2; sin embargo, se dispone de muchos otros materiales para la estructura del catodo y se les ocurriran a los expertos en la tecnica pertinente. La capa catodica 108 puede comprender cualquier configuracion adecuada, pero preferentemente se ajusta a la forma de la capa separadora 106 de manera que pueda conseguirse el perfil mlnimo. En la forma de realizacion ejemplar, la capa catodica 108 se forma sobre la capa separadora 106 utilizando cualquier proceso adecuado, tal como recubrimiento por inmersion, de alambre o por pulverizacion. La election del material catodico, al igual que la del material anodico, depende de varios factores, incluidos la actividad electroqulmica y la

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

compatibilidad con el entorno en el que va a utilizarse. En la forma de realizacion ejemplar, la capa catodica 108 comprende Ag2O y/o MnO2 en combination con grafito en un aglutinante polimerico permeable a los iones o en un aglutinante polimerico permeable al agua y a los iones que proporcione robustez mecanica para resistir el manejo y la captation del electrolito mientras mantiene una buena continuidad y conductividad electrica con el colector de corriente catodica 110. Una vez mas, la capa catodica 108 es preferentemente tan biocompatible como sea posible o se evita que haga contacto directo con el cuerpo. Como en el caso de la capa anodica 104, pueden utilizarse los aditivos de fibra de carbono, nanocable de carbono, y/o nanotubo de carbono en la capa catodica 108. La capa catodica 108 tiene aproximadamente cuarenta (40) micrometros de espesor; sin embargo, el espesor puede variarse.

La capa catodica 108 puede comprender una mezcla en polvo que se forma mediante molienda con bolas de material activo (Ag2O y/o MnO2), material conductor (grafito y/o fibras de carbono, nanocables y/o nanotubos) y aditivos (negro de carbono, dispersantes) para asegurar una buena mezcla. A continuation, esta mezcla en polvo se dispersa en una solution disolvente de aglutinante polimerico (mezcla de oxido de polietileno o PEO/acido poliacrllico o PAA) para formar la mezcla de recubrimiento del catodo. A continuacion, la mezcla de recubrimiento del catodo se aplica sobre la parte superior de la capa separadora polimerica 106 formada in situ para formar la capa catodica 108. La capa catodica puede ser reticulable mediante cualquier medio conocido. Preferentemente, las cantidades de material activo, aditivo conductor y pollmero aglutinante se ajustan para equilibrar el rendimiento mecanico, electrico y de procesamiento.

Concentricamente situado alrededor de la capa catodica 108 se encuentra el colector de corriente catodica 110. Como en el caso de las demas capas, el colector de corriente catodica 110 no tiene por que ser concentrico. El colector de corriente catodica 110 puede comprender cualquier forma, tamano y material adecuados en funcion del uso o la aplicacion de la baterla 100. El colector de corriente catodica 110 puede comprender cualquier material conductor de la electricidad adecuado que pueda depositarse sobre la capa catodica 108. En la forma de realizacion ejemplar, el colector de corriente catodica 110 comprende una composition de pollmero cargado con grafito y/o plata. El colector de corriente catodica 110 tiene aproximadamente diez (10) micrometres de espesor. El colector de corriente catodica 110 es preferentemente tan biocompatible como sea posible o se evita que haga contacto directo con el cuerpo.

Preferentemente, la composicion del colector de corriente catodica 110 se aplica como un recubrimiento, al igual que las demas capas de la baterla de cable; sin embargo, el pollmero aglutinante del colector de corriente catodica 110 no debe absorber cantidades apreciables de electrolito ni agua. Si esto llegara a suceder, se reducirla la conductividad electrica del colector de corriente catodica 110, y el rendimiento de la baterla se verla reducido. Ademas, determinados componentes conductores en el colector de corriente catodica 110 podrlan reaccionar con el electrolito. Sin embargo, el colector de corriente catodica 110 debe ser permeable al vapor de agua y a otros gases de modo que pueda equilibrarse la presion interna de la baterla con el ambiente circundante para evitar la posibilidad de una rotura interna de las capas. Los materiales adecuados para el colector de corriente catodica 110 son pollmeros cargados con grafito, plata y/o nlquel tales como fluoropollmeros o siliconas conductoras. Pueden utilizarse sin limitation otras composiciones conductoras, siempre que las composiciones ofrezcan la compatibilidad qulmica necesaria con la capa catodica 108 y el electrolito, as! como propiedades mecanicas y electricas deseables. El espesor practico mlnimo vendra impuesto por las propiedades reologicas de la mezcla de recubrimiento del colector de corriente catodica, el tamano de partlcula de la carga conductora, y las propiedades electricas necesarias de la celda, senalando que la resistividad del colector de corriente catodica activara esta ultima. Los espesores tlpicos del colector de corriente catodica 110 pueden ser de aproximadamente 10 a 20 micrometres.

En el caso de estructuras o disenos "inversos" alternativos, por ejemplo, cuando una capa anodica rodea una capa catodica central, debe reconocerse y entenderse que el colector de corriente catodica 110 es en realidad un colector de corriente anodica, y que el cable central 102 es un colector de corriente catodica.

Concentricamente situada alrededor del colector de corriente catodica 110 hay una capa aislante 112. La capa aislante 112 no tiene por que estar situada concentricamente alrededor de ninguna otra capa. La capa aislante 112 puede comprender cualquier material biocompatible adecuado que tenga la suficiente resistencia para mantener unidos los diversos componentes de la baterla 100 al tiempo que proporciona suficiente flexibilidad para aplicaciones variadas. En una baterla de cable, el perfil y la flexibilidad son factores importantes. Preferentemente, la capa aislante 112, si se utiliza, comprende un material que esta abierto al entorno tanto para la humedad como para la permeabilidad a los gases, siendo al mismo tiempo electricamente no conductora, eliminando as! la necesidad de respiraderos como las baterlas convencionales.

Los ejemplos de materiales aislantes adecuados incluyen poliuretanos, fluoropollmeros (copollmeros y fluoropollmeros especlficamente amorfos), epoxis, esmaltes, compuestos de encapsulamiento, revestimientos conformes, siliconas no conductoras, y similares. El espesor de la capa aislante 112 puede ser tan pequeno como sea necesario para proporcionar una cobertura total de las zonas seleccionadas y para proporcionar un rendimiento mecanico y electrico adecuado. Un espesor nominal de la capa aislante 112 puede ser de cinco (5) micrometres. Un material aislante preferente es la familia de parilenos que son recubrimientos por deposito en vaclo con un espesor controlable; sin embargo, determinadas formas de realizacion ejemplares de la baterla de cable pueden excluir el

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

uso de parilenos debido a diversas limitaciones de diseno. Resultan preferentes los parilenos, tal como el parileno-C, debido a su capacidad para recubrir de forma rapida y uniforme, es decir, de manera conforme, sustratos irregulares sin verse influidos por la qulmica de la superficie a recubrir.

En una forma de realizacion ejemplar alternativa, la capa aislante 112 puede ser parte del colector de corriente catodica 110 como una sola pieza o estructura unitaria. Por ejemplo, el colector de corriente catodica 110 puede comprender una estructura monocapa o multicapa que incluya todas las capas necesarias para ser un colector de corriente catodica como estructura interna, y todas las capas necesarias para ser un aislante como estructura externa. Como alternativa, el colector de corriente catodica 110 puede estar hecho de un material que sea a la vez protector y conductor de la electricidad. Los fluoropollmeros y siliconas conductoras son ejemplos de tales materiales.

En el sentido mas estricto, la capa aislante es puramente opcional con respecto a la funcionalidad electrica de la baterla. Por ejemplo, puede estar formada como parte del colector de corriente catodica. Como alternativa, la capa aislante puede ser parte del dispositivo medico. En otras palabras, parte del dispositivo medico puede hacer de capa aislante.

El electrolito, tal como se ha descrito anteriormente, es el material que proporciona el medio para la transferencia de carga, en forma de iones, dentro de la celda entre el anodo y el catodo. En las baterlas convencionales, se utilizan bases fuertes tales como hidroxido sodico, NaOH e hidroxido potasico, KOH; sin embargo, en la presente invencion, puede utilizarse una base debil y/o llquidos ionicos, que pueden tener pH neutro o niveles de pH de tamponado a controlado, de manera que sea mas biocompatible. Sin embargo, las bases fuertes tales como NaOH y KOH siguen siendo componentes electrolito viables para la baterla de cable de la presente invencion. Los llquidos ionicos son sales que se encuentran en estado llquido. Las sales que son llquidas a temperaturas cercanas a la ambiental, tambien conocidos como llquidos ionicos a temperatura ambiente, pueden ser especialmente utiles para su uso en las baterlas electroqulmicas.

Como se ha descrito anteriormente, pueden utilizarse diversos disenos y modificaciones de materiales dentro de la construccion de la baterla de cable electroqulmica recargable biocompatible, incluida la reordenacion de los diversos componentes. Ademas, pueden utilizarse agentes aglutinantes entre los diversos componentes para ayudar a mantener unidos los diversos componentes. Por lo general, estos agentes aglutinantes son los mismos materiales que los utilizados en diversas capas de la baterla de cable, y comprenden un pollmero filmogeno mezclado con un pollmero permeable a los iones. En determinados casos, los agentes aglutinantes pueden ser formulaciones esencialmente diferentes o unicas, dependiendo de la aplicacion concreta.

Haciendo referencia a la Figura 2, se ilustra una representacion esquematica de un circuito simple utilizando una longitud predeterminada de la baterla de cable biocompatible 100. Como se ilustra, la baterla de cable biocompatible 100 esta conectada a una carga o circuito externo 200. El colector de corriente anodica 102 esta conectado al terminal negativo de la carga 200 y el colector de corriente catodica 110 esta conectado al terminal positivo de la carga 200, completando as! el circuito. Las conexiones a la carga 200 pueden hacerse mediante cualquier medio adecuado, por ejemplo, a traves de conexiones de epoxi conductora. El tipo de conexion determina la cantidad de colector de corriente anodica 102 y de colector de corriente catodica 110 que queda al descubierto. Cabe destacar que, sea cual sea la herramienta que se utilice para cortar y/o exponer de otro modo los colectores de corriente, debe tenerse cuidado para evitar cualquier situacion que pudiera ocasionar un cortocircuito por hacer contacto la capa anodica 104 o el colector de corriente anodica 102 con el capa catodica 108 o el colector de corriente catodica 110. Cabe destacar que la Figura 2 tiene solo fines ilustrativos y no representa conexiones reales.

Los materiales anodicos y catodicos determinan la tension y capacidad de la celda. Basicamente, la tension viene determinada por el tipo de material activo utilizado y la capacidad de amperios-hora viene determinada por la cantidad de material activo utilizado. Por consiguiente, la tension de circuito abierto de la baterla de cable biocompatible 100 es esencialmente independiente de la longitud de la baterla de cable utilizada, pero la capacidad no lo es. Sin embargo, cabe destacar que para cualquier diseno de celda de baterla, habra una longitud minima en la que la tension de circuito abierto empezara a reducirse esencialmente si la bateria se acorta, debido a que la resistencia interna de la bateria es inversamente proporcional a la longitud de la bateria de cable y los valores de resistencia interna mas altos reduciran la tension de circuito abierto de la celda. Puesto que la longitud de la bateria puede cambiar en funcion de la aplicacion concreta, puede ajustarse el diseno de la bateria, incluida la eleccion de materiales y la cantidad de materiales, para satisfacer la aplicacion concreta. Por ejemplo, pueden modificarse las concentraciones de los materiales activos o la densidad de los materiales activos sin que tenga un impacto significativo en el perfil. Como alternativa, las capas activas pueden ser mas gruesas. En aun otra forma de realizacion ejemplar alternativa, pueden utilizarse materiales adicionales como aditivos, como se describe en el presente documento.

Segun una forma de realizacion ejemplar alternativa, se divulga una bateria de cable o de dos cables, siendo un cable el colector de corriente anodica y siendo el otro el colector de corriente catodica. Pueden disponerse en paralelo multiplos de estos tipos de baterias para una mayor capacidad y/o pueden disponerse en serie para

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

tensiones mas altas, como se describe con mas detalle posteriormente. Este tipo de disposicion o diseno ofrece varias ventajas y desventajas que se exponen detalladamente mas adelante.

Haciendo referencia a la Figura 3, se ilustra una vista en corte transversal de la baterla de cable biocompatible ejemplar alternativa 300 segun la presente invencion. En esta forma de realizacion ejemplar, el nucleo de la baterla de cable comprende un colector de corriente anodica 302 y un colector de corriente catodica 310 que discurren esencialmente paralelos entre si. Como se ha expuesto en la forma de realizacion ejemplar anterior, los colectores de corriente anodica y catodica 302 y 310 pueden comprender cualquier forma, tamano y material adecuados en funcion del uso o aplicacion de la baterla 300. En una forma de realizacion ejemplar preferente, los colectores de corriente 302, 310 se forman a partir de un cable metalico con una seccion transversal basicamente circular, aunque pueden utilizarse sin limitation perfiles de seccion transversal alternativos, por ejemplo, pueden utilizarse secciones transversales cuadradas. Situada alrededor del colector de corriente anodica 302 se encuentra la capa anodica 304 y situada alrededor del colector de corriente catodica 310 se encuentra la capa catodica 308. Como en la forma de realizacion ejemplar anteriormente descrita, estas capas 304 y 308 pueden formarse a partir de cualquiera de los mismos materiales adecuados utilizando cualquiera de los mismos procesos. Situada alrededor de la capa anodica 304 y de la capa catodica 308, se encuentra la capa separadora 306 formada in situ. Una vez mas, la capa separadora 306 puede comprender cualquiera de los mismos materiales que se han expuesto en la forma de realizacion ejemplar anteriormente descrita utilizando cualquiera de los mismos procesos de fabrication. Situada alrededor de la capa separadora 306 se encuentra la capa aislante 312 que tambien puede comprender los mismos materiales y configuraciones que las expuestas en la forma de realizacion ejemplar anteriormente descrita utilizando cualquiera de los mismos procesos de fabricacion. Ademas, el electrolito puede ser tambien el mismo.

Con este diseno de dos cables metalicos paralelos pueden reconocerse varias ventajas. Al tener colectores de corriente metalicos autenticos tanto para el anodo como para el catodo, pueden utilizarse interconexiones soldables para ambos, por ejemplo, cobre en el lado del anodo y nlquel en el lado del catodo. Ademas, este diseno de doble cable metalico es mas robusto que un diseno de un solo cable por razones obvias. La baterla de dos cables de la presente invencion puede retorcerse en una doble helice para proporcionar soporte mecanico adicional a la estructura global. El numero de vueltas por unidad de longitud puede variarse sin limitacion, siempre que la baterla de dos cables siga siendo funcional. En otras palabras, la integridad de la estructura subyacente debe permanecer intacta. Con respecto al procesamiento, no se requiere ninguna etapa de recubrimiento del colector de corriente y el numero total de recubrimientos o el recubrimiento se reduce, minimizando as! el riesgo de cambiar y/o danar el recubrimiento subyacente. El diseno de dos cables tambien ofrece menos posibilidades o menor riesgo de provocar un cortocircuito entre el anodo y el catodo cuando se recorta el cable a medida debido al crimpado, y una zona de contacto de menor riesgo entre el anodo y el catodo, lo que reduce el riesgo de un cortocircuito interno a traves de la capa separadora. Este diseno tambien ofrece una via de difusion menos restringida para la humedad y la desgasificacion. Por ultimo, las interconexiones pueden realizarse en el mismo extremo o en extremos opuestos.

Tambien pueden integrarse y alternarse multiples pares de anodo-catodo de dos cables para formar una baterla multicable con 2, 3, 4, o mas pares de anodo/catodo discretos. Para que esta disposicion pueda funcionar, cada par de anodo/catodo debe estar electricamente e ionicamente aislado de los pares de anodo/catodo adyacentes. En otras palabras, debe haber un aislante electronico e ionico alrededor de cada par de anodo/catodo en la configuration multicable. Esto puede lograrse fusionando o recubriendo dos o mas baterlas de dos cables discretas con un material aislante adecuado, tal como los mencionados anteriormente, mediante cualquier medio conveniente tal como el recubrimiento por inmersion, de alambre o por pulverization para formar una baterla multicable. Las baterlas de dos cables multiples pueden montarse en paralelo entre si para formar una "cinta" plana, o pueden montarse en forma de haz o cualquier otra configuracion util, tal como una trenza. Lo mismo puede decirse de una baterla de un solo cable, siempre que cada celda de un solo cable adyacente este electricamente e ionicamente aislada una de la otra. Una construction de este tipo ofrece ventajas mecanicas adicionales y la flexibilidad para interconectar cada uno de los pares de catodo/anodo individuales en diversas series y/o disposiciones en paralelo, dependiendo de la necesidad. En el caso de una baterla multicable, la tension de circuito abierto puede multiplicarse interconectando celdas adyacentes en una modalidad en serie.

La interconexion en el diseno de un solo cable puede hacerse en cualquier lugar en el que pueda quitarse de forma segura la capa aislante si se necesita una capa aislante. Cuando la capa aislante y el colector de corriente mas externo son el mismo, la interconexion mas externa puede hacerse en el exterior de la construccion o diseno de un solo cable.

Las desventajas de los disenos de dos cables o multicable son menos que las ventajas e incluyen una relation entre materiales activos e inactivos mas baja, y las velocidades de descarga pueden reducirse debido al aumento de la distancia para el transporte ionico.

Las Figuras 4-6 ilustran estructuras de circuito ejemplares para disenos de celda de baterla de dos y cuatro cables o cordones. En la Figura 4, el terminal positivo de la carga 200 esta conectado al colector de corriente catodica 110 y el terminal negativo de la carga 200 esta conectado al colector de corriente anodica 102. Este diseno de conexion ilustra una baterla de dos cables conectada a la carga 200 en una configuracion paralela. En la Figura 5, el terminal positivo de la carga 200 esta conectado al colector de corriente catodica 110 en un lado de la baterla y

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

el terminal negativo de la carga 200 esta conectado al colector de corriente anodica 102 en el otro lado de la baterla, configurando as! el circuito en una disposicion antiparalela.

La Figura 6 ilustra una baterla de cable de cuatro cordones 400 conectada a una carga 200. La baterla de cable de cuatro cordones 400 comprende dos celdas de cable 401 y 403 conectadas en serie a traves de un interconector inter-celda 405, que puede comprender cualquier material adecuado, que conecta el colector de corriente catodica 410 de la celda 401 al colector de corriente anodica 402 de la celda 403. La baterla de cable de cuatro cordones 400 comprende tambien un aislante ionico y electrico 407 que rodea las dos celdas 401 y 403. La interconexion en serie duplica la salida de tension nominal de la baterla 400. Las conexiones en serie cambian la salida de tension, mientras que las disposiciones en paralelo cambian la capacidad. El electrodo positivo de la carga 200 esta conectado al colector de corriente catodica 410 de la celda 403 y el terminal negativo de la carga 200 esta conectado al anodo de la celda 401 para completar el circuito. Cabe destacar que estas tienen solo fines ilustrativos, y que son posibles diversas otras configuraciones.

En algunas formas de realizacion ejemplares de la presente invencion, puede ser deseable montar y/o almacenar una baterla de cable en un estado esencialmente descargado o inactivo que pueda cargarse o activarse mas tarde antes de su uso como fuente de alimentacion. Una razon para hacerlo serla limitar reacciones secundarias o cambios morfologicos indeseables en los materiales utilizados. Por ejemplo, es bien conocido que los electrodos de cinc experimentan una lenta reaccion secundaria con el agua en presencia de un electrolito acuoso que produce oxido de cinc y gas hidrogeno. Se sabe que algunos materiales de carbono catalizan esta reaccion secundaria. Ademas, se sabe que algunas especies ionicas migran dentro de las celdas electroqulmicas, lo que puede influir en el rendimiento y/o el tiempo de vida util de la celda.

Formando la baterla con un precursor anodico, tal como partlculas de oxido de cinc, y con un precursor catodico adecuado, tal como partlculas de plata metalica, puede producirse una baterla de cable latente que contenga poco o nada de cinc metalico susceptible de reacciones secundarias adversas. Una baterla de cable latente de este tipo puede almacenarse por separado o integrarse en cualquier dispositivo que pueda almacenarse durante un cierto perlodo de tiempo antes de que el dispositivo se ponga en uso. Antes de su uso, se inicia un primer ciclo de carga (formacion) para formar los electrodos (anodo y catodo) a partir de sus respectivos precursores. Un beneficio adicional de este metodo es que se dispone en el mercado de diferentes morfologlas de materiales de precursor anodico y de precursor catodico en diferentes grados de pureza que pueden no estar facilmente disponibles para los correspondientes materiales catodicos y anodicos. Por ejemplo, puede disponerse de materiales de muy alta pureza o nanopartlculas, nanocables, o escamas con altas relaciones de aspecto, como materiales precursores del catodo y/o el anodo. Formando una baterla de cable latente con tales materiales, la elaborabilidad y manufacturabilidad de una baterla de cable de la presente invencion pueden hacerse mas deseables de varias maneras. Ademas, empleando esta metodologla pueden eliminarse sustancialmente aspectos preocupantes acerca del perlodo de validez y la autodescarga de la baterla durante el perlodo de validez.

Segun las formas de realizacion ejemplares descritas en el presente documento, la baterla de cable puede cortarse a medida utilizando multitud de dispositivos. Por ejemplo, la baterla de cable puede cortarse a medida para adaptarse a un dispositivo en particular utilizando multitud de dispositivos de corte tipo cizalla, sin embargo, debe hacerse de manera que no se cree un cortocircuito entre el anodo y el catodo o el colector de corriente anodica y el colector de corriente catodica. En general, deben sostenerse dos lados de la baterla de cable, a continuacion, puede realizarse un corte por cizalladura controlado, por ejemplo, con una hoja de afeitar, perpendicularmente al eje central del cable. En algunos casos, este corte por cizalladura puede recorrer toda la longitud de la baterla de cable. En otros casos, puede ser deseable detener el corte por cizalladura en el cable o cables centrales. Puede hacerse un corte circunferencial, por ejemplo, haciendo rotar una baterla de un solo cable alrededor de su eje central mientras se lleva simultaneamente una hoja afilada hacia abajo perpendicularmente al eje central del cable, deteniendose cuando la hoja haga interseccion aproximadamente con el alambre metalico. Pueden hacerse dos de tales cortes a poca distancia uno de otro, y puede eliminarse el material entre los dos cortes circunferenciales utilizando cualquier medio conveniente, por ejemplo, raspado, abrasion, chorro de agua, y similares, exponiendo as! el alambre metalico central para su posterior corte y/o interconexion. Un medio alternativo para cortar a medida una baterla de cable es un proceso de corte, por ejemplo, utilizando unas tenazas o alicates de corte diagonal. Los metodos anteriormente mencionados para cortar una baterla de cable no son de ninguna manera exhaustivos, y puede utilizarse cualquier metodo adecuado y disponible, siempre que el corte resultante no cortocircuite la celda o celdas.

La baterla de cable puede incorporarse en un dispositivo de manera que evite la necesidad de una capa aislante discreta. La baterla de cable puede cortarse y formarse con la forma deseada, a continuacion, situarse sobre o dentro del dispositivo utilizando cualquier medio adecuado, por ejemplo, utilizando un adhesivo curable con UV, y a continuacion, haciendo las interconexiones electricas, por ejemplo, con soldadura o epoxy conductora. Como alternativa, pueden hacerse las interconexiones antes de fijar la baterla de cable en su posicion deseada. Debe entenderse que al utilizar una baterla de cable de un solo cable o de multiples cordones sin un aislante de tal manera, el electrolito podrla quedar expuesto a las porciones adyacentes del dispositivo. Por lo tanto, puede ser necesario asegurar que otras porciones del dispositivo esten disenadas para ser compatibles con el electrolito concreto, que podrla ser corrosivo o reactivo. En tales casos, puede ser deseable formar una capa aislante in situ, por ejemplo, utilizando un revestimiento conforme o un compuesto de encapsulamiento. De esta manera, el material

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

aislante debe mantener aun los atributos deseables de la capa de aislante integral descritos anteriormente; a saber, que sea permeable al agua y al gas. Se dispone en el mercado de revestimientos conformes y/o compuestos de encapsulamiento adecuados de gran diversidad de proveedores. El material aislante puede variarse sin limitacion segun el uso y los requisitos previstos del dispositivo.

Al fabricar baterlas o celdas de baterla segun la presente invencion, cabe destacar que puede utilizarse una gran variedad de materiales y procesos de fabricacion. En general, los materiales seleccionados y los procesos utilizados deben combinarse para fabricar una baterla que ofrezca una buena manipulacion mecanica y un buen rendimiento electrico mediante un proceso que sea seguro, fiable y repetible. El material o materiales que forman cada uno de los componentes de la baterla se seleccionan preferentemente para satisfacer estos criterios de diseno, as! como para cumplir con los criterios de salida electrica necesaria para alimentar el dispositivo, y que sean mecanica y qulmicamente compatibles con el dispositivo a alimentar. Por consiguiente, una vez seleccionados los materiales, se requieren ensayos para determinar si los componentes de la baterla estan respondiendo como se desea. Por lo tanto, deben desarrollarse metodologlas y dispositivos de ensayo para adaptarse a estos nuevos dispositivos. Ademas, el proceso de fabricacion de baterlas segun la presente invencion implica optimizar las tecnicas de procesamiento, una vez seleccionados y ensayados los materiales y los perfiles deseados. Por ultimo, interconectar las baterlas de manera que ello no las cambie ni destruya parcialmente de ninguna manera debe tenerse en cuenta a la hora de integrarlas en el dispositivo en el que van a utilizarse.

Aunque se han mostrado y descrito las que se considera son las formas de realization mas practicas y preferentes, es evidente que a los expertos en la tecnica se les ocurriran desviaciones de los disenos y metodos especlficos descritos y mostrados, y pueden utilizarse sin alejarse del alcance de la invencion. La presente invencion no se restringe a las estructuras concretas descritas e ilustradas, sino que debe construirse para que sea coherente con todas las modificaciones que puedan pertenecer al alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Reivindicaciones

1. Celda de baterla electroqulmica (100) que comprende:

un colector de corriente anodica (102) configurado como un cable con un perfil de seccion transversal predeterminada;

una capa anodica (104) formada y situada alrededor de al menos una porcion del colector de corriente anodica (102);

una capa separadora (106) formada y situada alrededor de al menos una porcion de la capa anodica (104); una capa catodica (108) formada y situada alrededor de al menos una porcion de la capa separadora (106), estando configurada la capa separadora (106) para evitar el contacto electrico entre la capa anodica (104) y la capa catodica (108);

un colector de corriente catodica (110) formado y situado alrededor de al menos una porcion de la capa catodica (108);

un electrolito que establece la conductividad ionica entre la capa anodica (104) y la capa catodica (108); y en la que la capa anodica (104) comprende partlculas de cinc dispersas en una matriz polimerica.
2. Celda de baterla electroqulmica segun la reivindicacion 1, en la que el colector de corriente anodica (102) comprende:

a) un material no conductor cubierto al menos parcialmente con un material conductor, o

b) un material a base de carbono.
3. Celda de baterla electroqulmica segun la reivindicacion 2 a), en la que el colector de corriente anodica comprende un material metalico.
4. Celda de baterla electroqulmica (100) segun la reivindicacion 1, en la que la capa separadora (106) comprende un material polimerico permeable a los electrolitos, no conductor de la electricidad.
5. Celda de baterla electroqulmica (100) segun la reivindicacion 1, en la que la capa catodica (108) comprende al menos uno de entre Ag2O y MnO2 en combinacion con grafito en un aglutinante polimerico permeable a los iones.
6. Celda de baterla electroqulmica (100) segun la reivindicacion 1, en la que el colector de corriente catodica (110) comprende al menos uno de entre pollmeros cargados con grafito, plata y nlquel.
7. Celda de baterla electroqulmica (100) segun la reivindicacion 6, en la que los pollmeros incluyen fluoropollmeros o siliconas conductoras.
8. Celda de baterla electroqulmica (100) segun la reivindicacion 1 en la que:

la capa anodica (104) esta formada a partir de un material reductor precursor que puede convertirse en un material reductor; y

la capa catodica (108) esta formada a partir de un material oxidante precursor que puede convertirse en un material oxidante.
9. Celda de baterla electroqulmica segun la reivindicacion 1, o la reivindicacion 8, que comprende adicionalmente una capa aislante (112) formada y situada alrededor de al menos una porcion del colector de corriente catodica (110).
10. Celda de baterla electroqulmica (300) que comprende:

por lo menos un colector de corriente anodica (302) configurado como un cable con un perfil de seccion transversal predeterminada;

por lo menos un colector de corriente catodica (310) configurado como un cable con un perfil de seccion transversal predeterminada, estando situado el por lo menos un colector de corriente catodica (310) adyacente al por lo menos un colector de corriente anodica (302) y separado una distancia predeterminada, en la que cada uno del por lo menos un colector de corriente anodica (302) y el por lo menos un colector de corriente catodica (310) estan configurados como pares;

una capa anodica (304) formada y situada alrededor de al menos una porcion del por lo menos un colector de corriente anodica (302);

una capa catodica (308) formada y situada alrededor de al menos una porcion del por lo menos un colector de corriente catodica (310);

una capa separadora (306) formada y situada alrededor de una porcion de la capa anodica (304) y de la capa catodica (308), estando configurada la capa separadora (306) para evitar el contacto electrico entre la capa anodica (304) y la capa catodica (308); y

un electrolito que establece la conductividad ionica entre la capa anodica (304) y la capa catodica (308),

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

en la que la capa anodica (104) comprende partlculas de cinc dispersas en una matriz polimerica.
11. Celda de baterla electroqulmica segun la reivindicacion 10 en la que:

la capa anodica esta formada a partir de un material reductor precursor que puede convertirse en un material reductor; y

la capa catodica esta formada a partir de un material oxidante precursor que puede convertirse en un material oxidante.
12. Celda de baterla electroqulmica segun la reivindicacion 10 o la reivindicacion 11, que comprende adicionalmente una capa aislante (312) formada y situada alrededor de al menos una porcion de la capa separadora (306).
13. Celda de baterla electroqulmica (100) que comprende:

un colector de corriente catodica (102) configurado como un cable con un perfil de seccion transversal predeterminada;

una capa catodica (104) formada y situada alrededor de al menos una porcion del colector de corriente catodica (102);

una capa separadora (106) formada y situada alrededor de al menos una porcion de la capa catodica (104); una capa anodica (108) formada y situada alrededor de al menos una porcion de la capa separadora (106), estando configurada la capa separadora para evitar el contacto electrico entre la capa catodica y la capa anodica;

un colector de corriente anodica (110) formado y situado alrededor de al menos una porcion de la capa anodica (108);

un electrolito que establece la conductividad ionica entre la capa catodica (104) y la capa anodica (108); y en la que la capa anodica (104) comprende partlculas de cinc dispersas en una matriz polimerica.
14. Celda de baterla electroqulmica (100) segun la reivindicacion 1, en la que el colector de corriente anodica (102) comprende:

a) un material no conductor cubierto al menos parcialmente con un material conductor, o

b) un material a base de carbono.
15. Celda de baterla electroqulmica (100) segun la reivindicacion 13 o 14 en la que:

la capa catodica (104) esta formada a partir de un material oxidante precursor que puede convertirse en un material oxidante; y

la capa anodica (108) esta formada a partir de un material reductor precursor que puede convertirse en un material reductor.
16. Celda de baterla electroqulmica segun la reivindicacion 13, 14 o 15, que comprende adicionalmente una capa aislante (112) formada y situada alrededor de al menos una porcion del colector de corriente anodica (110).
17. Dispositivo que incorpora una celda de baterla electroqulmica segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende:

un componente alimentable que tiene al menos un conjunto de contactos electricos positivos y negativos; y una celda de baterla electroqulmica en forma de cable (100, 300) incorporada en o sobre el componente alimentable, teniendo la celda de baterla electroqulmica en forma de cable (100, 300) un colector de corriente anodica (102, 302) y un colector de corriente catodica (110, 310) interconectados al por lo menos un conjunto de contactos electricos positivos y negativos, formando as! un circuito completo.
18. Metodo para formar una celda electroqulmica segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores para su uso con un dispositivo, comprendiendo el metodo:

sacar una longitud de una celda de baterla electroqulmica en forma de cable a partir de un suministro de la celda de baterla electroqulmica en forma de cable, comprendiendo la celda de baterla electroqulmica en forma de cable un colector de corriente anodica y un colector de corriente catodica;

separar una longitud predeterminada de la celda de baterla electroqulmica en forma de cable a partir del suministro de la celda de baterla electroqulmica en forma de cable;

proporcionar una porcion del colector de corriente anodica y del colector de corriente catodica para hacer contacto electrico con un dispositivo a alimentar; y dar a la celda de baterla electroqulmica en forma de cable una forma predeterminada para su uso con el dispositivo a alimentar.