[發(fā)明專利]適于生物植入的電化學(xué)能量源和電子裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200780035090.6
• 申請(qǐng)日: 2007-09-14
• 公開（公告）號(hào): CN101517803A
• 公開（公告）日: 2009-08-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: R·H·W·皮南伯格;P·H·L·諾滕;R·A·H·尼森;J·H·G·奧普赫特維爾德
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 皇家飛利浦電子股份有限公司
• 主分類號(hào): H01M8/16
• 分類號(hào): H01M8/16;H01M10/40;H01M16/00;H01M10/42
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 李亞非;譚祐祥

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及適于生物植入的電化學(xué)能量源。本發(fā)明還涉及適于生物植入的電子裝置，所述裝置包括至少一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)能量源以及電連接到所述電化學(xué)能量源的至少一個(gè)電子組件。

背景技術(shù)

在二十世紀(jì)，能量消耗急劇增加且存在不均衡的能量管理。而這種需求增長并沒有緩和的跡象(尤其是發(fā)展國家中)，現(xiàn)在意識(shí)到不可再生資源的短暫及對(duì)環(huán)境的不可逆轉(zhuǎn)的損害。另外，計(jì)算和通信裝置有朝著微型化和便攜式發(fā)展的趨勢(shì)。這些能量需求應(yīng)用需要尤其在諸如空間和探險(xiǎn)這樣遙遠(yuǎn)地點(diǎn)能夠長時(shí)間地維持操作的小且輕的電源。再者，醫(yī)藥科學(xué)的進(jìn)步產(chǎn)生了越來越多的可植入電操作的裝置(例如，起搏器)。這些項(xiàng)目需要在極長持續(xù)時(shí)間工作的電源，因?yàn)榫S護(hù)必須通過外科手術(shù)來完成。理想地，可植入裝置將利用體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的自然燃料物質(zhì)，因而只要人或動(dòng)物活著，將持續(xù)汲取功率。生物燃料電池潛在地負(fù)責(zé)提供部分地克服這些問題的解決方案。通過將生物燃料電池植入到活的人或動(dòng)物體內(nèi)，生物燃料電池將容易從可再生源汲取容易得到的生物燃料，諸如從血流汲取葡萄糖，且將它們轉(zhuǎn)換成無危險(xiǎn)的副產(chǎn)品，且產(chǎn)生電力。因?yàn)樯锶剂想姵厥褂没瘜W(xué)能的集中的可再生能源，生物燃料電池通常具有相對(duì)高的能量密度和相對(duì)長的壽命，其結(jié)果是生物燃料電池可以做得相對(duì)小和輕，因此理想地適于被植入到活的人或動(dòng)物體內(nèi)。盡管已知的可植入生物燃料電池具有若干顯著優(yōu)點(diǎn)，該已知生物燃料電池的應(yīng)用還具有若干缺點(diǎn)。已知的微型化生物燃料電池的主要缺點(diǎn)是，其通常不能運(yùn)送用于向耦合到該生物燃料電池的電子裝置供電所需的(峰值)功率。由于已知生物燃料電池的一般為微瓦到毫瓦量級(jí)的相對(duì)小的功率輸出，因此當(dāng)前應(yīng)用的數(shù)目有限。

本發(fā)明的目的是提供一種改善的可植入電化學(xué)能量源，用其可以獲得改善的功率輸出。

發(fā)明內(nèi)容

該目的可以通過提供根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)能量源來實(shí)現(xiàn)，該電化學(xué)能量源包括：襯底；沉積在所述襯底上的至少一個(gè)電池疊層(batterystack)，該電池疊層包括：第一電池電極，第二電池電極，以及分離該第一電池電極和該第二電池電極的中間固態(tài)電解質(zhì)；以及沉積在所述襯底上的至少一個(gè)生物燃料電池，該生物燃料電池包括：生物燃料電池陽極，生物燃料電池陰極，并且所述生物燃料電池陽極和所述生物燃料電池陰極通過用于接收外部供應(yīng)的生物燃料/電解質(zhì)的生物燃料/電解質(zhì)腔而被分離。該電化學(xué)能量源可以被視為微型化的生物可植入混合能量源，其中使用該生物燃料電池，化學(xué)能被轉(zhuǎn)換為電能，該電能然后被存儲(chǔ)在能夠運(yùn)送所需的峰值功率的可充電電池疊層中。該電池疊層和該生物燃料電池二者集成地沉積到相同的支撐襯底上，其結(jié)果是，根據(jù)本發(fā)明的集成的電化學(xué)能量源的設(shè)計(jì)通常容易優(yōu)化。因?yàn)槿虘B(tài)電池疊層的功率密度相對(duì)高，相對(duì)小的電池疊層通常已經(jīng)適于滿足功率要求。因?yàn)殡姵丿B層包括固態(tài)電解質(zhì)，因此可以消除電解質(zhì)的泄漏(通常在液態(tài)電解質(zhì)的情況下發(fā)生)。再者，通過在電池疊層中應(yīng)用固態(tài)電解質(zhì)，電池疊層的劣化可以被抵消，因?yàn)樵摿踊话銓⑹欠磻?yīng)物和液態(tài)電解質(zhì)之間的寄生反應(yīng)的結(jié)果。生物燃料電池的生物燃料/電解質(zhì)腔用于體液的流通，其結(jié)果是生物燃料/電解質(zhì)的含量將連續(xù)再生(更新)。因此，對(duì)于該生物燃料電池而言，生物燃料和電解質(zhì)具有基本無窮無盡的儲(chǔ)藏，以允許實(shí)現(xiàn)電能的連續(xù)產(chǎn)生，因此允許電能到電池疊層的持久存儲(chǔ)。用于該生物燃料電池的能量可以通過用作生物燃料的葡萄糖和用作氧化劑的氧氣供給，這些化合物在體液中均是充裕的。電解質(zhì)將通過體液的其他部分(諸如血漿)形成。然而，應(yīng)當(dāng)注意，生物燃料電池可以針對(duì)諸如酒精或甚至廢物材料等各種(其他)可用燃料工作。再者，生物燃料電池的應(yīng)用可以導(dǎo)致質(zhì)子交換膜(PEM)的消除，因?yàn)橛捎谑褂玫奶囟?生物)催化劑的應(yīng)用，該生物燃料電池陽極和該生物燃料電池陰極不需要分離。可選地，分離的固態(tài)電解質(zhì)，例如PEM，可以沉積在該生物燃料電池陽極和該生物燃料電池陰極之間，進(jìn)入到生物燃料/電解質(zhì)腔中。然而，期望活性物質(zhì)將通過(相對(duì)低電阻的)體液而不是通過(通常相對(duì)高阻抗的)電解質(zhì)傳輸。因此，優(yōu)選地，應(yīng)用液態(tài)電解質(zhì)，且更優(yōu)選地，應(yīng)用體液。根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)能量源例如可用于對(duì)諸如微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)這樣的生物可植入微裝置以及諸如心臟起搏器、傳感器、去纖顫器、疼痛舒緩刺激器、微觀無線通信裝置等可植入生物醫(yī)學(xué)裝置供電。