JP2009545290A - 電気化学アクチュエータ - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、米国陸軍により授与された政府の契約W911W6−05−C−0013の下で支援を受けて行なわれた。政府は、本発明において特定の権利を有する。
本発明は、電気化学アクチュエーションに関与するシステム、装置、および関連方法を提供する。
電源内蔵式電気化学ポンプ
この机上の実験例において、本発明のアクチュエータは、インスリン療法のための電源内蔵式電気化学ポンプとして使用可能である。
電気化学アクチュエータ
この机上の実験例において、電気化学アクチュエータは、銅の層に結合される寸法的に活性なリチウム貯蔵材料の層を含むバイモルフ構造を備える。銅の層は、リチウムと実質的に合金化またはインターカレートしないが、電気化学セルの動作電位において電気化学的に安定している。このバイモルフ構造は、セルの陽極を形成する。また、銅の層は、陽極集電体としての役割を果たすことも可能であり、最終の密封セルの外側に延出してタブリードまたは電流リードを形成してもよく、またはセルの外側に延出するタブリードまたは電流リードに連結されてもよい。陰極は、陰極集電体としての役割を果たす銅の層に結合または成膜されるリチウム金属の層である。2つの電極の間に、多孔質セパレータ膜、例えば、リチウムイオン電池の構築に使用されるもの等のガラス繊維布または多孔質ポリマーセパレータが配置される。層状セルは、1次または充電式リチウム電池技術に通常使用される非水リチウム伝導性液体電解質、または非水電気2重層コンデンサが注入される。例として、リチウム伝導性塩として1M濃度のLiPF6が添加されているエチレンカーボネートおよびジエチレンカーボネートの1:1の容積の混合を含む溶媒、または、同LiPF6塩に添加される溶媒としてのアセトニトリルが挙げられる。
電気化学バイモルフ屈曲
この机上の実施例において、実施例2のバイモルフ構造は、図3A‐Cに示されるように、半円形または「U」型の屈曲の形状で作製される。屈曲の一方の端は、分注装置の支持部またはハウジングに固定され、他方の端は、バイモルフが屈曲を受ける際に自由に分注する。電気化学セルの放電時に、屈曲は外側に延出し、屈曲の自由端は、薬物を含有する嚢体に力を印加し、嚢体からオリフィスまたは弁を介して薬物を分注する。
増幅が内蔵される電源内蔵式モルヒネアクチュエータ
本実施例において、電気化学セルは、電圧または電流の印加時に駆動するその能力のために作製および研究された。多孔質ペレットは、1/2インチ直径のダイにおいて750lbf下で−325メッシュのスズ粉(99.8%[金属ベース]、Alfa Aesar社)から押圧された。ペレットの重量は0.625gであり、厚さは0.89mmであると測定された。ペレットは、BiSnAgはんだ(Indium Corporation of America社)およびフラックス#5RMA(Indium Corporation of America社)を使用して、反射炉において180℃で30分間組み立て体を加熱することによって、15マイクロメータの厚さの銅箔にはんだ付けされた。この電極組み立て体を、電気化学セルにおいて陽極として使用し、一方、リチウム箔(厚さ〜0.8mm、Aldrich社)を陰極として使用した。
電気化学アクチュエータの定電流放電
以下の実施例において、電気化学セルの定電流放電について研究した。実施例4に記載の電気化学セルを作製し、多孔質スズペレットおよび銅集電体間の接触として伝導性銅粘着テープをはんだの代わりに使用した。セルは、Maccor4300電池テスタ(Maccor社)を使用して、定電流的に放電された(一定の放電電流)。スズペレットの重量は0.628gであり、厚さは1.06mmであると測定された。全スズが化合物Li4.4Snにリチオ化されたと仮定すると、ペレットの理論容量は624mAhであった。組み立て時に、セルの開回路電圧は、2.8〜2.9Vであり、充電状態にあることを示した。セルは、0.88mAで0.01Vに放電された。放電容量は56.22mAhであり、セルが、63.6時間の放電時間中にその理論容量のほんの9%に放電されたことが示される。しかしながら、Snペレットは、実施例1のアクチュエータと同じ方法でカップ状になり、ほぼ同じように変形したことが認められた。本実施例は、正側リードおよび負側リードが外部回路において閉鎖される場合に、自発的に放電および駆動可能である電気化学アクチュエータの電流制限型制御を実証した。
電気化学バイモルフアクチュエータ
バイモルフ電極は、50マイクロメートルの厚さおよび40mmx5mmの面積の銅箔の片側をKapton社の粘着テープでマスキングし、その箔を溶解スズに浸漬して片側をスズの層で被膜することによって作製された。スズの電気化学リチオ化時に、銅箔により提供される拘束は、バイモルフ構造の湾曲または「巻き上がり」をもたらし、凸側がリチオ化されたスズであるであることが考えられた。実施例4および5に類似する電気化学セルは、このバイモルフを陽極として使用して組み立てられ、スズ層をセパレータおよびリチウム箔陰極に対向して組み立てられた。組み立て時に、セルの開回路電圧は、2.8〜2.9Vであり、充電状態にあることを示した。セルは、0.089mAの電流で0.01Vに定電流的に放電された。放電容量は7.7mAhであり、厚さが約10マイクロメートルのスズ層について約50%の放電状態を表し、Li4.4Snの組成が完全にリチオ化されると仮定する)。放電後、セルを分解し、スズ−銅バイモルフ電極は、バイモルフの全自由端において十分な湾曲を示し、形状モーフィングを実証した。
電気化学アクチュエータのデューティサイクル制御
実施例1に記載のものと類似の設計の電気化学アクチュエータは、低変形速度を入手するために、デューティサイクル制御放電を受けた。デューティサイクルは、電子リレー(Radio Shack社)によって制御され、この電子リレーは、電気化学セルの端子において1オームの外部負荷抵抗器と直列接続されるMaccor4300電池テスタ(Maccor社)からの電流制御によりオンおよびオフに切り替えられた。リレーは、電池テスタから電流を受ける間に閉鎖し、電流が干渉された際に開放した。20%のデューティサイクルが構成され、この場合、電流は、全持続時間200msのうち50msの間、流された。図18は、20%のデューティサイクルにより制御される電気化学モーフィングアクチュエータの変位曲線に関するグラフを示す。図18に示す装置の結果として生じる変位は、低制御速度におけるアクチュエータの変形を実証した。本明細書に記載のように、低制御速度の変形を入手する代替方法は、より高い抵抗の外部負荷によって、図18のアクチュエータを放電することであってもよい。
駆動電圧がより大きい電源内蔵式電気化学アクチュエータ
ある状況下において、有意なセル分極が存在する場合であっても、十分な駆動電圧を必要とする場合等の、スズおよびリチウム金属を利用する先行の実施例よりも高い平均放電電圧が望ましい場合がある。アンチモンは、その比較的大きな開回路電圧対リチウム金属(〜0.95V)により、このような用途に有用なモーフィング電極材料であることが可能である。電気化学的装置は、スズ粉の代わりに-325メッシュアンチモン粉(99.5%[金属ベース]、Alfa Aesar社)を使用して、実施例1のように調合された。アンチモン粉は、1/2インチ直径のダイにおいて2250lbf下で押圧された。結果として生じたペレットの重量は0.687gであり、厚さは1.31mmであり、理論容量の454mAhに相当した。サンプルは、3.025mAの電流で0.01Vに定電流的に放電された。放電容量は、49.98mAh(理論容量の11%)であり、アンチモンペレットの重度の変形をもたらした。
Claims (151)
- 第1の配向から第2の配向へ変位されるように構築および配置されるアクチュエータシステムであって、
陰極および陽極を備える少なくとも1つの電気化学セルを備え、
該陰極および陽極の片方または両方は、アクチュエータであり、第1の部分および第2の部分を備え、
充電および/または放電時に、化学種は、該第2の部分とは異なる程度まで該第1の部分とインターカレート、脱インターカレート、合金化、酸化、還元、またはめっき化し、該第2の部分に対して結果として生じる寸法変化を受けることによって、該第1の部分と該第2の部分との間のひずみ差を該アクチュエータに付与して、該アクチュエータの少なくとも一部分の変位を引き起こし、
該アクチュエータの変位は、機械的仕事を行ない、該仕事を行なう構造に連結されることを必要としない、
アクチュエータシステム。 - 前記第1の部分は、前記第2の部分と電気通信する、請求項1に記載のアクチュエータシステム。
- 前記化学種はインターカレート化学種である、請求項1に記載のアクチュエータシステム。
- 前記化学種はプロトンである、請求項1に記載のアクチュエータシステム。
- 前記化学種はめっき化学種である、請求項1に記載のアクチュエータシステム。
- 前記第1および第2の部分は、異なる材料から形成される、請求項1に記載のアクチュエータシステム。
- 前記第1および第2の部分は、実質的に同一の材料から形成される、請求項1に記載のアクチュエータシステム。
- 前記第1および第2の部分は、異なる電位を有する、請求項1に記載のアクチュエータシステム。
- 前記第1および第2の部分は、異なる程度まで前記化学種に露出される、請求項1に記載のアクチュエータシステム。
- 前記アクチュエータの前記変位によって、第1の配向から第2の配向へ変位されるように構築および配置される少なくとも1つの部分を含む構造をさらに備える、請求項1に記載のアクチュエータシステム。
- 前記化学種は、前記第2の部分とではなく、前記第1の部分と実質的にインターカレート、脱インターカレート、または合金化する、請求項1に記載のアクチュエータシステム。
- 前記第1の部分は、該第1の部分と前記第2の部分との間のひずみ差を付与するように、該第2の部分とは異なる程度まで前記化学種とインターカレートする、請求項1に記載のアクチュエータシステム。
- 前記第1の部分は、該第1の部分と前記第2の部分との間のひずみ差を付与するように、該第2の部分とは異なる程度まで前記化学種と合金化する、請求項1に記載のアクチュエータシステム。
- 前記第1および第2の部分は伝導性である、請求項1に記載のアクチュエータシステム。
- 充電または放電時に、前記アクチュエータの少なくとも一部分の前記変位は、レザバに力を加えて、該レザバからの流体の容積変位を引き起こす、請求項1に記載のアクチュエータシステム。
- 前記流体は薬物を含有する、請求項15に記載のアクチュエータシステム。
- 前記薬物はインスリンである、請求項16に記載のアクチュエータシステム。
- 前記陽極および/または陰極は、ストリップ、板、シート、カップ、折り畳み式シート、またはストリップの形状である、請求項1に記載のアクチュエータシステム。
- 前記陽極および/または陰極は、非平面である、請求項1に記載のアクチュエータシステム。
- 前記陽極および/または陰極は、板またはペレットである、請求項1に記載のアクチュエータシステム。
- 前記陽極および/または陰極は、少なくとも1つの溝を備える、請求項1に記載のアクチュエータシステム。
- 前記陽極および/または陰極は、多数の「脚」もしくは「腕」または分岐を有する、請求項1に記載のアクチュエータシステム。
- 前記電気化学セルは、自発的に放電するように構築および配置される、請求項1に記載のアクチュエータシステム。
- 前記アクチュエータシステムは、機械的仕事を行なう構造に連結される、請求項1に記載のアクチュエータシステム。
- 前記アクチュエータシステムは、機械的仕事を行なう構造に連結されない、請求項1に記載のアクチュエータシステム。
- 前記アクチュエータの変位は、正である前記アクチュエータシステムの容積変化または寸法変化によって生成される、請求項1に記載のアクチュエータシステム。
- 前記アクチュエータの変位は、ゼロである前記アクチュエータシステムの容積変化または寸法変化によって生成される、請求項1に記載のアクチュエータシステム。
- 前記アクチュエータの変位は、負である前記アクチュエータシステムの容積変化または寸法変化によって生成される、請求項1に記載のアクチュエータシステム。
- 第1の配向から第2の配向へ変位されるように構築および配置されるアクチュエータシステムであって、
陰極および陽極を備える少なくとも1つの電気化学セルを備え、
該陰極および陽極の片方または両方は、アクチュエータであり、第1の部分および第2の部分を備え、
充電および/または放電時に、化学種は、該第2の部分とは異なる程度まで該第1の部分とインターカレート、脱インターカレート、または合金化し、該第2の部分に対して結果として生じる寸法変化を受けることによって、該第1の部分と該第2の部分との間のひずみ差を該アクチュエータに付与して、該アクチュエータの少なくとも一部分の変位を引き起こし、
該アクチュエータの変位は、機械的仕事を行ない、該仕事を行なう構造に連結されることを必要としない、
アクチュエータシステム。 - 前記第1の部分は、前記第2の部分と電気通信する、請求項1に記載のアクチュエータシステム。
- 前記化学種はインターカレート化学種である、請求項29に記載のアクチュエータシステム。
- 前記化学種はプロトンである、請求項29に記載のアクチュエータシステム。
- 前記化学種はめっき化学種である、請求項29に記載のアクチュエータシステム。
- 前記第1および第2の部分は、異なる材料から形成される、請求項29に記載のアクチュエータシステム。
- 前記第1および第2の部分は、実質的に同一の材料から形成される、請求項29に記載のアクチュエータシステム。
- 前記第1および第2の部分は、異なる電位を有する、請求項29に記載のアクチュエータシステム。
- 前記第1および第2の部分は、異なる程度まで前記化学種に露出される、請求項29に記載のアクチュエータシステム。
- 前記アクチュエータの前記変位によって、第1の配向から第2の配向へ変位されるように構築および配置される少なくとも1つの部分を含む構造をさらに備える、請求項29に記載のアクチュエータシステム。
- 前記化学種は、前記第2の部分とではなく、前記第1の部分と実質的にインターカレート、脱インターカレート、または合金化する、請求項29に記載のアクチュエータシステム。
- 前記第1の部分は、該第1の部分と前記第2の部分との間のひずみ差を付与するように、該第2の部分とは異なる程度まで前記化学種とインターカレートする、請求項29に記載のアクチュエータシステム。
- 前記第1の部分は、該第1の部分と前記第2の部分との間のひずみ差を付与するように、該第2の部分とは異なる程度まで前記化学種と合金化する、請求項29に記載のアクチュエータシステム。
- 前記第1および第2の部分は伝導性である、請求項29に記載のアクチュエータシステム。
- 充電または放電時に、前記アクチュエータの少なくとも一部分の前記変位は、レザバに力を加えて、該レザバからの流体の容積変位を引き起こす、請求項29に記載のアクチュエータシステム。
- 前記流体は薬物を含有する、請求項43に記載のアクチュエータシステム。
- 前記薬物はインスリンである、請求項44に記載のアクチュエータシステム。
- 前記陽極および/または陰極は、ストリップ、板、シート、カップ、折り畳み式シート、またはストリップの形状である、請求項29に記載のアクチュエータシステム。
- 前記陽極および/または陰極は、非平面である、請求項29に記載のアクチュエータシステム。
- 前記陽極および/または陰極は、板またはペレットである、請求項29に記載のアクチュエータシステム。
- 前記陽極および/または陰極は、少なくとも1つの溝を備える、請求項29に記載のアクチュエータシステム。
- 前記陽極および/または陰極は、多数の「脚」もしくは「腕」または分岐を有する、請求項29に記載のアクチュエータシステム。
- 前記電気化学セルは、自発的に放電するように構築および配置される、請求項29に記載のアクチュエータシステム。
- 前記アクチュエータシステムは、機械的仕事を行なう構造に連結される、請求項29に記載のアクチュエータシステム。
- 前記アクチュエータシステムは、機械的仕事を行なう構造に連結されない、請求項29に記載のアクチュエータシステム。
- 前記アクチュエータの変位は、正である前記アクチュエータシステムの容積変化または寸法変化によって生成される、請求項29に記載のアクチュエータシステム。
- 前記アクチュエータの変位は、ゼロである前記アクチュエータシステムの容積変化または寸法変化によって生成される、請求項29に記載のアクチュエータシステム。
- 前記アクチュエータの変位は、負である前記アクチュエータシステムの容積変化または寸法変化によって生成される、請求項29に記載のアクチュエータシステム。
- 第1の配向から第2の配向へ変位されるように構築および配置されるアクチュエータシステムであって、
陰極および陽極を備える少なくとも1つの電気化学セルを備え、
該陰極および陽極の片方または両方は、アクチュエータであり、第1の部分および第2の部分を備え、
該第2の部分とは異なる程度までの該第1の部分の酸化および/または還元時に、該第2の部分に対して結果として生じる寸法変化を受けることによって、該第1の部分と該第2の部分との間のひずみ差を該アクチュエータに付与して、該アクチュエータの少なくとも一部分の変位を引き起こし、
該アクチュエータの変位は、機械的仕事を行ない、該仕事を行なう構造に連結されることを必要としない、
アクチュエータシステム。 - 前記第1の部分は、前記第2の部分と電気通信する、請求項1に記載のアクチュエータシステム。
- 前記第1の部分の酸化および/または還元時に、前記第2の部分とは異なる程度まで該第1の部分とインターカレート、脱インターカレート、または合金化する化学種をさらに含む、請求項57に記載のアクチュエータシステム。
- 前記化学種はインターカレート化学種である、請求項59に記載のアクチュエータシステム。
- 前記化学種はプロトンである、請求項59に記載のアクチュエータシステム。
- 前記化学種はめっき化学種である、請求項59に記載のアクチュエータシステム。
- 前記第1および第2の部分は、異なる材料から形成される、請求項57に記載のアクチュエータシステム。
- 前記第1および第2の部分は、実質的に同一の材料から形成される、請求項57に記載のアクチュエータシステム。
- 前記第1および第2の部分は、異なる電位を有する、請求項57に記載のアクチュエータシステム。
- 前記第1および第2の部分は、異なる程度まで前記化学種に露出される、請求項59に記載のアクチュエータシステム。
- 前記アクチュエータの前記変位によって、第1の配向から第2の配向へ変位されるように構築および配置される少なくとも1つの部分を含む構造をさらに備える、請求項57に記載のアクチュエータシステム。
- 前記化学種は、前記第2の部分とではなく、前記第1の部分と実質的にインターカレート、脱インターカレート、または合金化する、請求項59に記載のアクチュエータシステム。
- 前記第1の部分は、該第1の部分と前記第2の部分との間のひずみ差を付与するように、該第2の部分とは異なる程度まで前記化学種とインターカレートする、請求項59に記載のアクチュエータシステム。
- 前記第1の部分は、該第1の部分と前記第2の部分との間のひずみ差を付与するように、該第2の部分とは異なる程度まで前記化学種と合金化する、請求項59に記載のアクチュエータシステム。
- 前記第1および第2の部分は伝導性である、請求項57に記載のアクチュエータシステム。
- 充電または放電時に、前記アクチュエータの少なくとも一部分の前記変位は、レザバに力を加えて、該レザバからの流体の容積変位を引き起こす、請求項57に記載のアクチュエータシステム。
- 前記流体は薬物を含有する、請求項72に記載のアクチュエータシステム。
- 前記薬物はインスリンである、請求項73に記載のアクチュエータシステム。
- 前記陽極および/または陰極は、ストリップ、板、シート、カップ、折り畳み式シート、またはストリップの形状である、請求項57に記載のアクチュエータシステム。
- 前記陽極および/または陰極は、非平面である、請求項57に記載のアクチュエータシステム。
- 前記陽極および/または陰極は、板またはペレットである、請求項57に記載のアクチュエータシステム。
- 前記陽極および/または陰極は、少なくとも1つの溝を備える、請求項57に記載のアクチュエータシステム。
- 前記陽極および/または陰極は、多数の「脚」もしくは「腕」または分岐を有する、請求項57に記載のアクチュエータシステム。
- 前記電気化学セルは、自発的に放電するように構築および配置される、請求項57に記載のアクチュエータシステム。
- 前記アクチュエータシステムは、機械的仕事を行なう構造に連結される、請求項57に記載のアクチュエータシステム。
- 前記アクチュエータシステムは、機械的仕事を行なう構造に連結されない、請求項57に記載のアクチュエータシステム。
- 前記アクチュエータの変位は、正である前記アクチュエータシステムの容積変化または寸法変化によって生成される、請求項57に記載のアクチュエータシステム。
- 前記アクチュエータの変位は、ゼロである前記アクチュエータシステムの容積変化または寸法変化によって生成される、請求項57に記載のアクチュエータシステム。
- 前記アクチュエータの変位は、負である前記アクチュエータシステムの容積変化または寸法変化によって生成される、請求項57に記載のアクチュエータシステム。
- 第1の配向から第2の配向へ変位されるように構築および配置されるアクチュエータシステムであって、
陰極および陽極を備える少なくとも1つの電気化学セルを備え、
該陰極および陽極の片方または両方は、アクチュエータであり、第1の部分および第2の部分を備え、
充電および/または放電時に、化学種は、該第2の部分とは異なる程度まで該第1の部分において電気化学的に析出され、該第2の部分に対して結果として生じる寸法変化を受けることによって、該第1の部分と該第2の部分との間のひずみ差を該アクチュエータに付与して、該アクチュエータの少なくとも一部分の変位を引き起こし、
該アクチュエータの変位は、機械的仕事を行ない、該仕事を行なう構造に連結されることを必要としない、
アクチュエータシステム。 - 前記第1の部分は、前記第2の部分と電気通信する、請求項1に記載のアクチュエータシステム。
- 前記化学種はインターカレート化学種である、請求項86に記載のアクチュエータシステム。
- 前記化学種はプロトンである、請求項86に記載のアクチュエータシステム。
- 前記化学種はめっき化学種である、請求項86に記載のアクチュエータシステム。
- 前記第1および第2の部分は、異なる材料から形成される、請求項86に記載のアクチュエータシステム。
- 前記第1および第2の部分は、実質的に同一の材料から形成される、請求項86に記載のアクチュエータシステム。
- 前記第1および第2の部分は、異なる電位を有する、請求項86に記載のアクチュエータシステム。
- 前記第1および第2の部分は、異なる程度まで前記化学種に露出される、請求項86に記載のアクチュエータシステム。
- 前記アクチュエータの前記変位によって、第1の配向から第2の配向へ変位されるように構築および配置される少なくとも1つの部分を含む構造をさらに備える、請求項86に記載のアクチュエータシステム。
- 前記化学種は、前記第2の部分とではなく、前記第1の部分と実質的にインターカレート、脱インターカレート、または合金化する、請求項86に記載のアクチュエータシステム。
- 前記第1の部分は、該第1の部分と前記第2の部分との間のひずみ差を付与するように、該第2の部分とは異なる程度まで前記化学種とインターカレートする、請求項86に記載のアクチュエータシステム。
- 前記第1の部分は、該第1の部分と前記第2の部分との間のひずみ差を付与するように、該第2の部分とは異なる程度まで前記化学種と合金化する、請求項86に記載のアクチュエータシステム。
- 前記第1および第2の部分は伝導性である、請求項86に記載のアクチュエータシステム。
- 充電または放電時に、前記アクチュエータの少なくとも一部分の前記変位は、レザバに力を加えて、該レザバからの流体の容積変位を引き起こす、請求項86に記載のアクチュエータシステム。
- 前記流体は薬物を含有する、請求項100に記載のアクチュエータシステム。
- 前記薬物はインスリンである、請求項101に記載のアクチュエータシステム。
- 前記陽極および/または陰極は、ストリップ、板、シート、カップ、折り畳み式シート、またはストリップの形状である、請求項86に記載のアクチュエータシステム。
- 前記陽極および/または陰極は、非平面である、請求項86に記載のアクチュエータシステム。
- 前記陽極および/または陰極は、板またはペレットである、請求項86に記載のアクチュエータシステム。
- 前記陽極および/または陰極は、少なくとも1つの溝を備える、請求項86に記載のアクチュエータシステム。
- 前記陽極および/または陰極は、多数の「脚」もしくは「腕」または分岐を有する、請求項86に記載のアクチュエータシステム。
- 前記電気化学セルは、自発的に放電するように構築および配置される、請求項86に記載のアクチュエータシステム。
- 前記アクチュエータシステムは、機械的仕事を行なう構造に連結される、請求項86に記載のアクチュエータシステム。
- 前記アクチュエータシステムは、機械的仕事を行なう構造に連結されない、請求項86に記載のアクチュエータシステム。
- 前記アクチュエータの変位は、正である前記アクチュエータシステムの容積変化または寸法変化によって生成される、請求項86に記載のアクチュエータシステム。
- 前記アクチュエータの変位は、ゼロである前記アクチュエータシステムの容積変化または寸法変化によって生成される、請求項86に記載のアクチュエータシステム。
- 前記アクチュエータの変位は、負である前記アクチュエータシステムの容積変化または寸法変化によって生成される、請求項86に記載のアクチュエータシステム。
- 陰極、陽極、および電気化学セルの第2の部分とは異なる程度まで該電気化学セルの第1の部分とインターカレート、脱インターカレート、合金化、酸化、還元、またはめっき化可能である化学種を備える少なくとも1つの電気化学セルを備え、それによって、該第1および/または第2の部分は、放電時に寸法変化を受けて、機械的仕事を行なうアクチュエータの変位を引き起こし、該電気化学セルは、製造時に充電されるように構築および配置され、使用後に部分的に放電され、または最初の放電後にさらに充電されない、アクチュエータ装置。
- 前記第1の部分は、前記第2の部分と電気通信する、請求項1に記載のアクチュエータシステム。
- 放電後に使い捨てである、請求項114に記載のアクチュエータ装置。
- 前記装置は、流体ポンプである、請求項114に記載のアクチュエータ装置。
- 前記装置は、流体を身体に送達するための注入流体ポンプである、請求項114に記載のアクチュエータ装置。
- 放電時に、前記アクチュエータの変位は、レザバに力を加えて、該レザバからの流体の容積変位を引き起こす、請求項114に記載のアクチュエータ装置。
- 前記流体は薬物を含有する、請求項119に記載のアクチュエータ装置。
- 前記薬物はインスリンである、請求項120に記載のアクチュエータ装置。
- 前記変位の速度は、一定または可変である、請求項119に記載のアクチュエータ装置。
- 前記容積変位は、前記セルの放電速度を制御することによって制御される、請求項119に記載のアクチュエータ装置。
- 前記容積変位は、前記セルが放電する回路の抵抗を変動することによって制御される、請求項119に記載のアクチュエータ装置。
- 前記アクチュエータ装置は、デューティサイクルを有し、該デューティサイクルは、前記アクチュエータ装置に結合した外部回路を開放および/または閉鎖することによって制御される、請求項119に記載のアクチュエータ装置。
- 前記寸法変化は、イオン交換時に寸法を変化させる多孔質電極によって提供される、請求項114に記載のアクチュエータ装置。
- 前記多孔質電極は、圧粉もしくは金属発泡体または寸法的に活性な材料および寸法的に非活性な材料の混合物であり、該電極は、任意で添加物を含む、請求項126に記載のアクチュエータ装置。
- 前記多孔質電極は、充電または放電時に、湾曲、屈曲、カッピングを含む寸法変化を受ける、請求項126に記載のアクチュエータ装置。
- 前記多孔質電極は、多孔度の勾配を備える、請求項128に記載のアクチュエータ装置。
- 前記多孔質電極は、表層をさらに備える、請求項128に記載のアクチュエータ装置。
- 前記表層は、前記多孔質電極よりも大きい程度まで、インターカレート、脱インターカレート、合金化、酸化、還元、またはめっき化される、請求項130に記載のアクチュエータ装置。
- 前記電気化学セルの寸法的に活性な材料は、プロトン、アルカリイオン、イオン錯体、ヒドロキシルイオン、炭酸イオン、塩素酸イオン、硫酸イオン、およびリン酸イオンから成る群からの、化学種とのインターカレートまたは合金化時に膨張する、請求項114に記載のアクチュエータ装置。
- 前記電気化学セルの寸法的に活性な材料は、リチウムとインターカレートまたは合金化し、Al、Au、Ag、Ga、Si、Ge、Ti、Sn、Sb、Pb、Zn、炭素、黒鉛、硬質炭素、メソポーラス炭素、酸化物、インターカレーション酸化物、層状酸化物、粘土鉱物、硫化物、層状硫化物、TiS2、MoS2、およびWS2のうちの1つ以上を含む、請求項114に記載のアクチュエータ装置。
- 前記電気化学セルは、自発的に放電するように構築および配置される、請求項114に記載のアクチュエータ装置。
- 陰極、陽極、およびインターカレーション化学種を備える少なくとも1つの電気化学セルを備える注入ポンプであって、該陰極および/または陽極は、流体を身体へ注入させるように、充電および/または放電時に寸法変化を受ける、注入ポンプ。
- 前記電気化学セルは、自発的に放電するように構築および配置される、請求項135記載の注入ポンプ。
- 前記流体は、液体、固体と液体の混合物、ペースト、またはゲルを含む、請求項135に記載の注入ポンプ。
- 前記流体は薬物を含有する、請求項135に記載の注入ポンプ。
- 前記薬物はインスリンである、請求項135に記載の注入ポンプ。
- 前記注入速度は、一定または可変である、請求項135に記載の注入ポンプ。
- 前記注入速度は、前記セルの放電速度を制御することによって制御される、請求項114に記載のアクチュエータシステム。
- 前記注入速度は、前記セルが放電する回路の抵抗を変動することによって制御される、請求項114に記載のアクチュエータシステム。
- 前記アクチュエータシステムは、デューティサイクルを有し、該デューティサイクルは、前記アクチュエータ装置に結合した外部回路を開放および/または閉鎖することによって制御される、請求項119に記載のアクチュエータシステム。
- 生理学的設定において使用されるように構築および配置されるアクチュエータであって、
第2の部分に隣接する第1の部分を備え、該第1の部分は、化学種を含む体液に露出すると寸法変化を受け、結果としてもたらされる該化学種の該第1の部分への電気化学インターカレーション、該化学種の該第1の部分からの脱インターカレーション、または該化学種との接触の結果としての該第1の部分の酸化/還元は、該アクチュエータの寸法変化を付与する、アクチュエータ。 - 前記第1の部分は、前記第2の部分と電気通信する、請求項1に記載のアクチュエータシステム。
- 前記第1および第2の部分は、異なる電位を有する、請求項144に記載のアクチュエータ。
- 前記体液は血液である、請求項144に記載のアクチュエータ。
- 前記化学種はプロトンである、請求項144に記載のアクチュエータ。
- 身体に埋め込まれる、請求項144に記載のアクチュエータ。
- 前記アクチュエータは、自発的に放電するように構築および配置される、請求項144に記載のアクチュエータ。
- 薬物を身体に投与するための電気化学アクチュエータであって、
少なくとも1つの陰極と、
少なくとも1つの陽極と、
化学種と、
を備え、
該電気化学アクチュエータは、電圧または電流の印加を受け、それによって、該電圧または電流の印加またはその停止は、該電気化学アクチュエータの少なくとも1つの電極において、該化学種のインターカレーションを含み、該電気化学アクチュエータの容積変化または寸法変化をもたらし、
該容積変化または寸法変化は、薬物の身体への投与をもたらす、
電気化学アクチュエータ。
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