Гибкий тонкослойный открытый электрохимический элемент и его применение

Гибкий тонкослойный открытый электрохимический элемент и его применение

Реферат

 

Изобретение относится к электрохимическому элементу и питаемым им устройствам. Согласно изобретению гибкий тонкослойный открытый электрохимический элемент для миниатюрных портативных устройств содержит первый слой нерастворимого отрицательного электрода, второй слой нерастворимого положительного электрода и третий слой жидкого электролита, причем третий слой располагается между первым и вторым слоями и включает материал, впитывающий влагу из воздуха, предназначенный для постоянного поддержания открытого элемента во влажном состоянии, электрически активный растворимый материал, предназначенный для обеспечения требуемой ионной проводимости, растворимый в воде полимер, предназначенный для обеспечения требуемой вязкости, необходимой для соединения первого и второго слоев с третьим слоем. Техническим результатом изобретения является простота конструкции и низкая стоимость при массовом производстве. 8 с. и 43 з.п. ф-лы, 18 ил.

Настоящее изобретение относится к электрохимическому элементу, который используется как батарея источника питания, работающая на принципе преобразования химической энергии в электрическую энергию. В частности, настоящее изобретение относится к первичному или перезаряжаемому электрохимическому элементу, который используется в качестве обычной или перезаряжаемой батареи, которая выполняет преобразование химической энергии в электрическую энергию с использованием влажного (например, находящегося в жидком состоянии) электролита, при этом сохраняется открытая конфигурация гибкого тонкого слоя. Настоящее изобретение, кроме того, относится к применению таких элементов.

Постоянное развитие миниатюрных и портативных устройств компактной конструкции с электрическим питанием, таких как, например, сотовые телефоны, устройства записи и воспроизведения голоса, часы, видеокамеры и фотоаппараты, устройства отображения на жидких кристаллах, электронные калькуляторы, карточки с интегральными схемами, датчики температуры, слуховые аппараты, датчики давления с зуммером и т.д., создает все возрастающую потребность в компактных батареях с тонким слоем, необходимых для их работы. Поэтому существует потребность в надежных тонкослойных электрохимических элементах, которые используются как батареи в таких устройствах.

Батареи могут быть обобщенно разделены на две категории, в которых батареи первой категории включают батареи с влажным электролитом (то есть, батареи с электролитом в жидком состоянии), в то время как батареи второй категории включают батареи с сухим электролитом. Хотя сухим батареям свойственно преимущество, состоящее в том, что они не высыхают и не протекают, они имеют целый ряд недостатков по сравнению с батареями с электролитом в жидком состоянии, поскольку, из-за ограниченной скорости диффузии ионов через твердое вещество, их работа в гораздо большей степени зависит от температуры, и многие из них хорошо работают только при повышенной температуре, и указанная выше ограниченная скорость диффузии приводит к тому, что батареи с сухим электролитом имеют низкое отношение вырабатываемой электроэнергии по сравнению с их потенциальной химической энергией.

Тонкослойные батареи с жидким электролитом обычно включают положительный и отрицательный активные слои из нерастворимого материала, соединенные с сепаратором, который располагается между ними, причем сепаратор пропитан жидким раствором электролита и, благодаря этому, функционирует как жидкий слой электролита. Такие батареи, примеры которых описаны, например в американском патенте 4623598 авторов Уоки и др. (Waki et al.) и в японском патенте JP 61-55866 авторов Фуминобу и др. (Fuminobu et al.), должны быть герметично закрыты пленкой оболочки, которая предотвращает испарение жидкости, и поэтому представляют собой закрытые электрохимические элементы.

Из-за того, что элементы закрыты, эти батареи имеют тенденцию к вздуванию при хранении из-за накопления газов, и эта проблема является пагубной для тонкослойных батарей, не имеющих механической опоры, поскольку давление, создаваемое накапливаемыми газами, приводит к разделению слоев, что выводит из строя батарею. Средства для предотвращения этой проблемы включают (i) использование полимерного вещества с повышенной вязкостью, такого как гидроксиэтилцеллюлоза, которая наносится для обеспечения прилипания (то есть, склеивания) слоев батареи вместе, благодаря чему преодолевается неотъемлемая проблема таких батарей, вызванная отсутствием твердой опоры; и (ii) добавление ртути для предотвращения формирования газов, особенно водорода.

Однако эффективность применения этого полимера ограничена, а ртуть является вредной для окружающей среды.

Способ преодоления вышеуказанных ограничений, был описан в американском патенте 3901732 авторов Кис и др. (Kis et al.), в котором используется проницаемый для газа и непроницаемый для электролита полимерный материал, который позволяет обеспечить вентиляцию нежелательных газов, формируемых в батарее, одновременно предотвращая какие-либо потери электролита из батареи, причем этот полимерный материал используется как пленка оболочки, которая закрывает элемент батареи.

Однако более непосредственный и эффективный подход к предотвращению нежелательного накопления газов в тонкослойных батареях с жидким электролитом представляет собой разработку батарей в виде открытых элементов, в которых обеспечивается облегченный выход газов, с одновременным применением средства, предназначенного для предотвращения испарения жидкости и высыхания батареи. Такая конструкция позволила бы наладить производство тонкослойных батарей без корпуса, причем такие батареи были бы более тонкими, более гибкими и простыми, а поэтому дешевле при массовом производстве.

Таким образом, существует широко признанная потребность и было бы весьма желательно иметь гибкий тонкослойный открытый электрохимический элемент, свободный как от накопления газов, так и от ограничений, связанных с испарением жидкости.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается гибкий тонкослойный открытый электрохимический элемент с жидким электролитом, который может использоваться как первичный источник тока или перезаряжаемый источник энергии, предназначенный для различных миниатюрных и портативных устройств компактной конструкции с электрическим питанием. Кроме того, предлагается способ изготовления таких элементов.

Гибкий тонкослойный открытый электрохимический элемент в соответствии с настоящим изобретением включает влажный электролит при сохранении гибкой, тонкой и открытой конфигурации, в которой не происходит накопление газов при хранении.

В соответствии с другими признаками предпочтительных вариантов воплощения настоящего изобретения, описанных ниже, такой элемент включает первый слой нерастворимого отрицательного полюса, второй слой нерастворимого положительного полюса и третий слой жидкого электролита, причем третий слой располагается между первым и вторым слоями и включает: (а) материал, впитывающий влагу из воздуха, предназначенный для постоянного поддержания открытого элемента во влажном состоянии; (b) электрически активный растворимый материал, предназначенный для обеспечения требуемой ионной проводимости; и (с) полимер, растворимый в воде, предназначенный для обеспечения требуемой вязкости, необходимой для приклеивания первого и второго слоев к третьему слою.

Такой элемент используется в различных вариантах применения в соответствии с настоящим изобретением, причем в этих вариантах требуется применение дешевого элемента, имеющего гибкую и тонкую конфигурацию.

Таким образом, в соответствии с другими признаками, в описанных предпочтительных вариантах воплощения предлагается вариант применения, содержащий устройство с электропитанием и гибкий тонкослойный открытый электрохимический элемент с жидким электролитом, предназначенный для снабжения этого устройства электроэнергией, необходимой для его работы, причем этот электрохимический элемент включает первый слой нерастворимого отрицательного полюса, второй слой нерастворимого положительного полюса и третий слой в виде жидкого электролита, причем третий слой располагается между первым и вторым слоями и включает (а) материал, впитывающий влагу из воздуха, предназначенный для постоянного поддержания открытого элемента во влажном состоянии; (b) электрически активный растворимый материал, предназначенный для обеспечения требуемой ионной проводимости; и (с) полимер, растворимый в воде, предназначенный для обеспечения требуемой вязкости, необходимой для приклеивания первого и второго слоев к третьему слою.

В соответствии с другими признаками в описываемых предпочтительных вариантах воплощения указанное устройство включает материал подложки и по меньшей мере один электронный компонент, присоединенный к материалу подложки, причем этот по меньшей мере один электронный компонент предназначен для выполнения действия, воспринимаемого органами чувств.

В соответствии с другими признаками в описываемых предпочтительных вариантах воплощения подложка выбирается из группы, содержащей поздравительную открытку, визитную карточку, билет в кино или театр, наклейку для компакт-диска (CD), упаковку продукта питания и печатный материал.

В соответствии с другими признаками в описываемых предпочтительных вариантах воплощения действие, воспринимаемое органами чувств, представляет собой звуковое или визуальное действие, включая, но не ограничиваясь им, изменение цвета из-за эффекта воздействия электрического поля/электрического тока.

В соответствии с другими признаками в описываемых предпочтительных вариантах воплощения звуковое действие выбирается из группы, содержащей мелодию, слова языка и тональный телефонный набор.

В соответствии с другими признаками в описываемых предпочтительных вариантах воплощения устройство включает выключатель питания.

В соответствии с другими признаками в описываемых предпочтительных вариантах воплощения по меньшей мере один электронный компонент выбирается из группы, содержащей аудиоустройство и устройство, излучающее свет.

В соответствии с другими признаками в описываемых предпочтительных вариантах воплощения аудиоустройство включает звуковую микросхему и эхокамеру.

В соответствии с другими признаками в описываемых предпочтительных вариантах воплощения устройство, излучающее свет, представляет собой светоизлучающий диод с низким током.

В соответствии с другими признаками в описываемых предпочтительных вариантах воплощения указанный прибор представляет собой кредитную карточку с микропроцессором или этикетку.

В соответствии с другими признаками в описываемых предпочтительных вариантах воплощения указанное устройство представляет собой интерактивную книгу.

В соответствии с другими признаками в описываемых предпочтительных вариантах воплощения устройство представляет собой таймер.

В соответствии с другими признаками в описываемых предпочтительных вариантах воплощения таймер включает материал подложки и микросхему таймера, прикрепленную к материалу подложки, причем микросхема таймера заранее установлена для отмеривания интервала времени и для подачи сигнала на исполнение действия, воспринимаемого органами чувств, по истечению этого интервала времени.

В соответствии с другими признаками в описываемых предпочтительных вариантах воплощения это действие выполняется аудио- или светоизлучающим устройством.

В соответствии с другими признаками в описываемых предпочтительных вариантах воплощения действие, воспринимаемое органами чувств, представляет собой звуковое или визуальное действие.

В соответствии с другими признаками в описываемых предпочтительных вариантах воплощения звуковое действие выбирается из группы, состоящей из мелодии, слов языка или сигнала тревоги.

В соответствии с другими признаками в описываемых предпочтительных вариантах воплощения микросхема таймера может программироваться.

В соответствии с другими признаками в описываемых предпочтительных вариантах воплощения микросхема таймера может переустанавливаться.

В соответствии с другими признаками в описываемых предпочтительных вариантах воплощения аудиоустройство включает аудиомикросхему и эхокамеру.

В соответствии с другими признаками в описываемых предпочтительных вариантах воплощения светоизлучающее устройство представляет собой светоизлучающий диод с низким током.

В соответствии с другими признаками в описываемых предпочтительных вариантах воплощения таймер представляет собой таймер, предназначенный для приема лекарства.

В соответствии с другими признаками в описываемых предпочтительных вариантах воплощения устройство представляет собой активную прокладку для подачи соединения через кожу.

В соответствии с другими признаками в описываемых предпочтительных вариантах воплощения для подачи соединения через кожу в активной прокладке применяется стратегия, выбранная из группы, содержащей ионтофорез, ультразвук и электропорацию.

В соответствии с другими признаками в описываемых предпочтительных вариантах воплощения соединение выбирается из группы, содержащей фармацевтическое соединение, косметическое соединение и обезболивающее соединение.

В соответствии с другими признаками в описываемых предпочтительных вариантах воплощения устройство представляет собой активную прокладку для извлечения соединения через кожу.

В соответствии с другими признаками в описываемых предпочтительных вариантах воплощения для извлечения соединения через кожу в активной прокладке применяется стратегия, выбранная из группы, содержащей ионтофорез, ультразвук и электропорацию.

В соответствии с другими признаками в описываемых предпочтительных вариантах воплощения соединение представляет собой глюкозу.

В соответствии с другими признаками в описываемых предпочтительных вариантах воплощения указанное устройство выбирается из группы, содержащей измеритель кровяного давления, измеритель пульса и измеритель электрокардиограммы.

В соответствии с другими признаками в описываемых предпочтительных вариантах воплощения устройство представляет собой термометр.

В соответствии с другими признаками в описываемых предпочтительных вариантах воплощения термометр включает датчик на основе термистора и электронную микросхему, причем датчик предназначен для считывания степени нагрева, преобразования степени нагрева в электрический параметр с величиной, соответствующей степени нагрева, причем микросхема предназначена для количественного отображения этого параметра и для перевода этого параметра в выходной сигнал, представляющий величину температуры.

В соответствии с другими признаками в описываемых предпочтительных вариантах воплощения термометр дополнительно включает отображающее устройство, предназначенное для отображения величины температуры.

В соответствии с другими признаками в описываемых предпочтительных вариантах воплощения устройство представляет собой датчик глюкозы.

В соответствии с другими признаками в описываемых предпочтительных вариантах воплощения указанный датчик глюкозы извлекает глюкозу через кожу пациента, например, с помощью обратного ионтофореза.

В соответствии с другими признаками в описываемых предпочтительных вариантах воплощения датчик глюкозы включает иглу для прокалывания кожи и для получения пробы крови, датчик глюкозы на основе оксидазы глюкозы, регулятор напряжения и электронную микросхему, предназначенную для количественного отображения уровня глюкозы в пробе крови.

В соответствии с другими признаками в описываемых предпочтительных вариантах воплощения устройство представляет собой игру.

В соответствии с другими признаками в описываемых предпочтительных вариантах воплощения игра включает распределенные компоненты головоломки, причем компоненты головоломки открываются, если ток из элемента питания приходит на эти компоненты одновременно или в заранее определенном порядке, причем приход тока активизируется игроком.

В соответствии с другими признаками в описываемых предпочтительных вариантах воплощения предлагается способ изготовления гибкого тонкослойного открытого электрохимического элемента с жидким электролитом, содержащий этапы (а) нанесения влажных чернил на внутренние стороны первой и второй подложек, причем эти чернила являются электропроводными; (b) до их высыхания нанесения порошка положительного полюса на влажные чернила первой подложки и порошка отрицательного полюса на влажные чернила второй подложки; (с) смачивания пористого вещества водным раствором, содержащим материал, впитывающий влагу из воздуха, электрически активный растворимый материал и растворимый в воде полимер; и (d) присоединения первой и второй подложек к пористому веществу таким образом, чтобы внутренние стороны были обращены к веществу так, чтобы сформировался трехслойный элемент.

В соответствии с другими признаками в описываемых предпочтительных вариантах воплощения этот способ дополнительно содержит этап (е), выполняемый перед этапом (d), состоящий в нанесении клея на внутренние стороны подложки или на обе стороны вещества, причем нанесение этого клея выполняется в соответствии с определенной геометрической конфигурацией.

В соответствии с другими признаками в описываемых предпочтительных вариантах воплощения этот способ дополнительно содержит этап (f), выполняемый после этапа (d), состоящий в вырезании трехслойного элемента в соответствии с этой геометрической конфигурацией.

В соответствии с другими признаками в описываемых предпочтительных вариантах воплощения вырезание выполняется с помощью лазера.

В соответствии с другими признаками в описываемых предпочтительных вариантах воплощения этот способ дополнительно содержит этап (е) нанесения декоративной аппликации по меньшей мере на одну из подложек.

В соответствии с другими признаками в описываемых предпочтительных вариантах воплощения предлагается способ печати гибкого тонкослойного открытого электрохимического элемента с жидким электролитом, содержащий этап (а) печати первого слоя влажными чернилами на подложку, причем эти чернила являются электропроводными; (b) до их высыхания нанесения на первый слой слоя порошка положительного полюса; (с) печати на слой порошка положительного полюса слоя водного раствора, содержащего волокна, впитывающий влагу из воздуха материал, электрически активный растворимый материал и растворимый в воде полимер; (а) до его высыхания нанесения на слой водного раствора слоя порошка отрицательного полюса; (е) печати на слое порошка отрицательного полюса второго слоя чернил.

В соответствии с другими признаками в описываемых предпочтительных вариантах воплощения способ дополнительно содержит этап (f), выполняемый перед этапом (а), печати на подложке проводящего слоя.

В соответствии с другими признаками в описываемых предпочтительных вариантах воплощения способ дополнительно содержит этап (f), выполняемый после этапа (е), печати проводящего слоя поверх второго слоя чернил.

Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением предлагается цилиндрическая батарея, содержащая свернутый в рулончик гибкий тонкослойный открытый электрохимический элемент с жидким электролитом, включающий первый слой нерастворимого отрицательного полюса, второй слой нерастворимого положительного полюса и третий слой жидкого электролита, причем этот третий слой располагается между первым и вторым слоями и включает (а) впитывающий влагу из воздуха материал, предназначенный для постоянного поддержания открытого элемента во влажном состоянии; (b) электрически активный растворимый материал, предназначенный для обеспечения требуемой ионной проводимости; и (с) растворимый в воде полимер, предназначенный для обеспечения требуемой вязкости, необходимой для приклеивания первого и второго слоев к третьему слою.

Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением предлагается батарея в виде книги, содержащая множество гибких тонкослойных открытых электрохимических элементов с жидким электролитом, которые собраны с возможностью отсоединения в сборку в виде книги, причем каждый из этих гибких тонкослойных открытых электрохимических элементов с жидким электролитом включает первый слой в виде нерастворимого отрицательного полюса, второй слой в виде нерастворимого положительного полюса и третий слой в виде жидкого электролита, причем третий слой располагается между первым и вторым слоями и включает (а) впитывающий влагу из воздуха материал, предназначенный для постоянного поддержания открытого элемента во влажном состоянии; (b) электрически активный растворимый материал, предназначенный для обеспечения требуемой ионной проводимости; и (с) растворимый в воде полимер, предназначенный для обеспечения требуемой вязкости, необходимой для склеивания первого и второго слоев с третьим слоем.

Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением предлагается гибкий тонкослойный открытый электрохимический элемент с жидким электролитом, содержащий первый слой в виде нерастворимого отрицательного полюса, второй слой в виде нерастворимого положительного полюса и третий слой в виде жидкого электролита, причем этот третий слой располагается между первым и вторым слоями и включает (а) впитывающий влагу из воздуха материал, предназначенный для постоянного поддержания открытого элемента во влажном состоянии; (b) электрически активный растворимый материал, предназначенный для обеспечения требуемой ионной проводимости; и (с) растворимый в воде полимер, предназначенный для обеспечения требуемой вязкости, необходимой для склеивания первого и второго слоев с третьим слоем; причем это элемент дополнительно содержит датчик рН, находящийся в контакте с одним из слоев.

Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением предлагается складка батареи, содержащая множество гибких тонкослойных открытых электрохимических элементов с жидким электролитом, собранных друг за другом в виде сложенной сборки, причем каждый из гибких тонкослойных открытых электрохимических элементов с жидким электролитом включает первый слой нерастворимого отрицательного полюса, второй слой нерастворимого положительного полюса и третий слой из жидкого электролита, причем третий слой располагается между первым и вторым слоями и включает (а) поглощающий влагу из воздуха материал для постоянного поддержания открытого элемента во влажном состоянии; (b) электрически активный растворимый материал для обеспечения требуемой ионной проводимости; и (с) растворимый в воде полимер, предназначенный для обеспечения требуемой вязкости, необходимой для приклеивания первого и второго слоев к третьему слою.

Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением предлагается контейнер для компакт-диска, содержащий контейнер и наклейку, присоединенную к нему, причем эта наклейка работает таким образом, что она производит воспринимаемую органами чувств индикацию звукового содержания компакт-диска, для которого предназначен данный контейнер.

В соответствии с другими свойствами описываемых предпочтительных вариантов воплощения эта воспринимаемая органами чувств индикация представляет собой звуковую индикацию и включает звуковое представление, которое идентифицируется с указанным звуковым содержанием.

Настоящее изобретение позволяет успешно решить недостатки известных в настоящее время конфигураций благодаря применению гибкого тонкослойного открытого электрохимического элемента, в котором не накапливаются газы при хранении и который сохраняется во влажном и нетронутом состоянии благодаря применению материала, впитывающего влагу из воздуха, предназначенного для постоянного поддержания его во влажном состоянии, и растворимого в воде полимера, предназначенного для обеспечения требуемой вязкости, необходимой для склеивания слоев полюсов со слоем жидкого электролита. Другие преимущества данного элемента включают отсутствие внешнего жесткого корпуса, благодаря чему он является тонким, легким и гибким и может производиться любых размеров, формы, цвета и с нанесенным рисунком, благодаря чему он пригоден для целого ряда различный вариантов применения; является эффективным с точки зрения затрат; изготовлен из материалов, не опасных для окружающей среды и человека; является самоприклеивающимся благодаря наличию клейкой подложки.

Настоящее изобретение будет описано только на примере, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых: фиг. 1 изображает вид в перспективе основной конфигурации гибкого тонкослойного открытого электрохимического элемента в соответствии с описанием настоящего изобретения; фиг.2 изображает вид в перспективе другой возможной конфигурации гибкого тонкослойного открытого электрохимического элемента; фиг. 3а и 3b изображают вид в перспективе двух возможных конфигураций устройства электропитания, сформированных при биполярном соединении двух элементов, изображенных на фиг. 1 и фиг.2, соответственно для совместного увеличения электроэнергии, получаемой благодаря сформированным таким образом устройствам электропитания; фиг.4 изображает график, представляющий напряжение гибкого тонкослойного открытого электрохимического элемента в соответствии с настоящим изобретением, измеряемое вольтметром, в функции от времени, при условиях комнатной температуры; на фиг.5 изображена схема устройства, которое включает материал подложки и по меньшей мере один электронный компонент, предназначенный для выполнения действия, воспринимаемого органами чувств, в соответствии с настоящим изобретением; фиг. 6 представляет собой схематическое изображение поперечного сечения выключателя и эхокамеры, применяемых в устройстве, изображенном на фиг.5; на фиг.7 схематически изображен таймера в соответствии с настоящим изобретением; на фиг. 8 схематически изображена активная прокладка для передачи через кожу соединения в соответствии с настоящим изобретением; на фиг. 9 схематически изображен термометр в соответствии с настоящим изобретением; на фиг.10 схематически изображен датчик глюкозы в соответствии с настоящим изобретением; на фиг.11 схематически изображена игра в соответствии с настоящим изобретением; на фиг.12 изображен вид в перспективе цилиндрической батареи, сформированной при сворачивании в рулончик в виде цилиндра гибкого тонкослойного открытого электрохимического элемента в соответствии с настоящим изобретением; на фиг. 13 изображен вид в перспективе батареи в виде книжки, сформированной с помощью сборки с возможностью отсоединения множества гибких тонкослойных открытых электрохимических элементов в соответствии с настоящим изобретением в сборку в виде книжки; на фиг. 14 схематически изображен звуковой билет, который работает на гибком тонкослойном открытом электрохимическом элементе в соответствии с настоящим изобретением; на фиг.15 схематически изображена наклейка аудиокомпакт-диска (CD), которая работает на гибком тонкослойном открытом электрохимическом элементе в соответствии с настоящим изобретением; на фиг.16 изображен вид в перспективе измерителя пульса/давления крови, который работает на гибком тонкослойном открытом электрохимическом элементе в соответствии с настоящим изобретением; на фиг.17 схематически изображена кредитная карточка/этикетка с микропроцессором в соответствии с настоящим изобретением; и на фиг.18 изображено схематическое представление множества открытых элементов, установленных в конфигурации друг за другом, при которой выводы положительных и отрицательных полюсов расположенных рядом друг с другом элементов соединены с образованием электрического контакта друг с другом в соответствии с настоящим изобретением.

Настоящее изобретение относится к гибкому тонкослойному открытому электрохимическому элементу, который может использоваться как первичный или перезаряжаемый источник питания для различных миниатюрных и портативных электрических устройств компактной конструкции. Гибкий тонкослойный открытый электрохимический элемент в соответствии с настоящим изобретением содержит влажный электролит при сохранении гибкой, тонкой и открытой конфигурации, для в котором не происходит накопление газов при хранении. Настоящее изобретение, кроме того, относится к различным устройствам, работающим с использованием гибкого тонкослойного открытого электрохимического элемента.

Принципы и работа гибкого тонкослойного открытого электрохимического элемента и вариантов его применения в соответствии с настоящим изобретением могут быть лучше поняты со ссылкой на чертежи и прилагаемое описание.

Перед подробным пояснением по меньшей мере одного варианта воплощения настоящего изобретения отметим, что следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается вариантом его применения в отношении деталей конструкции и расположения компонентов, описанных в приведенном ниже описании или изображенных на чертежах. Настоящее изобретение выполнимо в других вариантах воплощения и может применяться или осуществляться самыми разными путями. Кроме того, следует понимать, что фразеология и терминология, применяемые здесь, предназначены для описания и не должны рассматриваться как ограничение.

Рассмотрим теперь чертежи, на которых фиг.1 изображает основную конфигурацию гибкого тонкослойного открытого электрохимического элемента в соответствии с настоящим изобретением, который ниже обозначается как элемент 10.

Элемент 10 включает следующие три слоя. Первый слой представляет собой нерастворимый отрицательный полюс 14, второй слой представляет собой нерастворимый положительный полюс 16 и третий слой представляет собой слой жидкого электролита 12. Как используется в данном документе, разряжаемый отрицательный полюс - это тот полюс, на котором происходит окисление, в то время как положительный полюс представляет собой полюс, на котором происходит восстановление. Слой 12 жидкого электролита включает впитывающий влагу из воздуха (то есть гигроскопичный) материал, предназначенный для постоянного поддержания открытого элемента 10 во влажном состоянии, электрически активный растворимый материал, предназначенный для обеспечения требуемой ионной проводимости, и растворимый в воде полимер, предназначенный для обеспечения требуемой вязкости, необходимой для склеивания слоев 14 и 16 полюсов со слоем 12 жидкого электролита. Ниже приведем подробное описание роли каждого из слоев 14, 16 и 12 при работе открытого элемента 10.

Слой 12 жидкого электролита обычно включает пористое нерастворимое вещество, такое как, но не ограничиваясь им, фильтровальная бумага, пластиковая мембрана, мембрана из целлюлозы, ткань, нетканый материал (например, волокна хлопка) и т. д. , причем это пористое вещество пропитано водным раствором, включающим три компонента: поглощающий влагу из воздуха материал, электрически активный растворимый материал и растворимый в воде полимер.

Материал, поглощающий влагу из воздуха, будучи гигроскопичным, постоянно поддерживает элемент 10 в увлажненном состоянии. Уровень влажности в открытом элементе 10 может изменяться в зависимости от выбора материала, поглощающего влагу из воздуха, его концентрации и влажности окружающей среды. Подходящие материалы, поглощающие влагу из воздуха, включают, но не ограничиваются ими, хлористый кальций, бромистый кальций, бифосфат калия, гиарулоновую кислоту, ацетат калия и их комбинации. Электрически активный растворимый материал выбирается в соответствии с материалами, из которых изготовляются слои положительного и отрицательного полюсов. Список наиболее часто используемых электрически активных растворимых материалов, подходящих для целей настоящего изобретения, включает, например, хлористый цинк, бромистый цинк, фтористый цинк для различных первичных источников тока и гидроокись калия, а также серную кислоту для перезаряжаемых элементов.

Растворимый в воде полимер применяется в качестве клеящего вещества, необходимого для соединения (то есть склеивания) слоев 14 и 16 полюсов со слоем 12 жидкого электролита. Могут применяться различные типы полимеров, такие как, например, поливиниловый спирт, полиакриламид, полиакриловая кислота, поливинилпиролидон, полиэтиленоксид, агар-агар, крахмал, гидроксиэтилцеллюлоза и их комбинации и сополимеры.

Каждый из слоев 14 и 16 отрицательного и положительного полюсов включает смесь подходящих (отрицательных или положительных, соответственно) активных нерастворимых порошковых материалов вместе с водным раствором, аналогичным раствору, описанным выше, который включает материал, поглощающий влагу из воздуха, электрически активный растворимый материал и растворимый в воде полимер.

Как понятно для специалиста среднего уровня в данной области, в то время как электрически активный растворимый материал не должен меняться, материал, поглощающий влагу из воздуха, и растворимый в воде полимер, могут быть выбраны по-разному в водном растворе, другими словами, электрически активный растворимый материал должен быть одинаков во всех трех слоях 12, 14 и 16, в то время как материал, впитывающий влагу из воздуха, и растворимый в воде полимер, могут изменяться от слоя к слою, в соответствии с конкретным вариантом применения.

Соответствующий выбор активных нерастворимых порошковых материалов для слоев отрицательного 14 и положительного 16 полюсов с подходящим для них электрически активным растворимым материалом, как показано в примерах, приведенных в секции Примеры, позволяет получить гибкий тонкослойный элемент, который может использоваться как источник питания (то есть батарея), в которой элемент является открытым и поэтому в нем не накапливаются газы при хранении, в то время как гигроскопичность материала впитывающего влагу из воздуха обеспечивает то, что этот элемент будет постоянно поддерживаться во влажном состоянии, хотя он и имеет открытую конструкцию.

Подходящие пары материалов, которые могут использоваться как отрицательные 14 и положительные 16 полюса, включают, но не ограничиваются ими, двуокись марганца/цинк, окись серебра/цинк, кадмий/окись никеля и железо/окись никеля (двуокись марганца и окись серебра в случае необходимости смешиваются с электропроводным порошком углерода, как известно в данной области техники). Цинк может применяться в виде слоя порошка цинка, который прессуется для формирования слоя. Для укрепления цинкового слоя могут использоваться склеивающие или электропроводные чернила. Такой слой может также работать как коллектор, аналогично углероду или электропроводным чернилам, как более подробно описано ниже.

Для специалиста среднего уровня в данной области техники будет понятно, что отдельные материалы могут работать как материалы, впитывающие влагу из воздуха, так и как электрически активный растворимый материал. Однако такой материал должен иметь подходящую электрическую активность и гигроскопические характеристики. Подходящие материалы такого типа включают, но не ограничиваются ими, хлористый цинк и бромистый цинк.

Кроме того, для специалиста среднего уровня в данной области техники будет понятно, что отдельные материалы могут работать как материал, впитывающий влагу из воздуха, и как растворимый в воде полимер. Однако такой материал должен обладать подходящими характеристиками гигроскопичности и клеящие свойства. Подходящие материалы такого типа включают, но не ограничиваются ими, декстран, сульфат декстрана и их комбинации и сополимеры.

Три слоя 12, 14 и 16, изображенные на фиг.1 и описанные выше, могут изготовляться тонкими и гибкими, и поэтому элемент 10 получается тонким и гибким, толщиной от 0,3 мм и меньше, до 1,5 мм. В настоящее время является предпочтительным и далее это будет более подробно описано, чтобы элемент 10 изготовлялся с применением