Электрохимический преобразователь

Электрохимический преобразователь

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область применения изобретения

Изобретение имеет отношение к созданию систем, устройств и связанных с ними способов, в которых используют электрохимическое приведение в действие.

Предпосылки к созданию изобретения

Приведением в действие (возбуждением) обычно называют механизм, при помощи которого может быть установлен или перемещен объект или участок объекта, за счет преобразования энергии (например, электрической энергии, химической энергии и т.п.) в механическую энергию. Преобразователи могут быть подразделены на категории в соответствии с тем, как происходит преобразование энергии. Например, электростатические преобразователи преобразуют электростатические силы в механические силы.

Пьезоэлектрическое возбуждение обеспечивает широкую полосу и величину возбуждения, но создает малое механическое напряжение (обычно намного меньше 1%) и требует высоких электрических напряжений возбуждения. Сплавы с эффектом запоминания формы (SMAs), магнитострикционные материалы и недавно открытые ферромагнитные сплавы с эффектом запоминания формы (FSMAs) позволяют получать более высокие механические напряжения, но обеспечивают медленное срабатывание, что ограничивает возможность их применения. Механизмы возбуждения, которые основаны на вызванном приложением поля движении домена (пьезоэлектрические, FSMAs), также имеют низкое блокированное механическое напряжение. Указанные выше способы возбуждения основаны на использовании активных материалов с высокой плотностью (оксиды на базе свинца, металлические сплавы), которые отрицательно воздействуют на весовые характеристики. Таким образом, существует необходимость в создании технологии, которая позволяет обеспечивать высокую плотность энергии возбуждения, высокую величину возбуждения (высокое механическое напряжение), большое свободное механическое напряжение и полезную ширину полосы пропускания.

Уже были описаны некоторые способы приведения в действие (возбуждения) с использованием электрохимии, в которых ответственные за приведение в действие материалы находятся в газовой или жидкой фазе, и поэтому можно ожидать, что они будут иметь более низкие модули упругости и, следовательно, более низкую плотность энергии для приведения в действие и низкое механическое напряжение приведения в действие, по сравнению с подходом в соответствии с настоящим изобретением. Несмотря на то что в таких случаях наблюдали перемещение, нет сведений о выполнении механической работы. Таким образом, необходимо создание новых способов и устройств.

Краткое изложение изобретения

Настоящее изобретение имеет отношение к системам преобразователей, сконструированным и расположенным с возможностью перемещения из первой ориентации во вторую ориентацию, причем каждая такая система содержит по меньшей мере один электрохимический элемент, который содержит отрицательный электрод и положительный электрод, причем отрицательный электрод и/или положительный электрод образуют преобразователь, который содержит первый участок и второй участок, и в которой, за счет зарядки и/или разрядки, вещества интеркалируют, деинтеркалируют, легируют, окисляют или плакируют первый участок в иной степени, чем второй участок, в результате чего первый участок получает изменение размеров относительно второго участка, за счет чего преобразователь получает разностное механическое напряжение между первым и вторым участками, вызывающее перемещение по меньшей мере участка преобразователя, причем указанное перемещение преобразователя выполняет механическую работу без необходимости соединения со структурой, которая выполняет указанную работу.

Настоящее изобретение также имеет отношение к системам преобразователей, сконструированным и расположенным с возможностью перемещения из первой ориентации во вторую ориентацию, причем каждая такая система содержит по меньшей мере один электрохимический элемент, который содержит отрицательный электрод и положительный электрод, причем отрицательный электрод и/или положительный электрод образуют преобразователь, который содержит первый участок и второй участок, в которой, за счет зарядки и/или разрядки, вещества интеркалируют, деинтеркалируют или легируют первый участок в иной степени, чем второй участок, в результате чего первый участок получает изменение размеров относительно второго участка, за счет чего преобразователь получает разностное механическое напряжение между первым и вторым участками, вызывающее перемещение по меньшей мере участка преобразователя, причем указанное перемещение преобразователя выполняет механическую работу без необходимости соединения со структурой, которая выполняет указанную работу.

Настоящее изобретение также имеет отношение к системам преобразователей, сконструированным и расположенным с возможностью перемещения из первой ориентации во вторую ориентацию, причем каждая такая система содержит по меньшей мере один электрохимический элемент, который содержит отрицательный электрод и положительный электрод, причем отрицательный электрод и/или положительный электрод образуют преобразователь, который содержит первый участок и второй участок, в которой, после окисления и/или восстановления первого участка в иной степени, чем второго участка, первый участок в результате получает изменение размеров относительно второго участка, за счет этого преобразователь получает разностное механическое напряжение между первым и вторым участками, вызывающее перемещение по меньшей мере участка преобразователя, причем указанное перемещение преобразователя выполняет механическую работу без необходимости соединения со структурой, которая выполняет указанную работу.

Настоящее изобретение также имеет отношение к системам преобразователей, сконструированным и расположенным с возможностью перемещения из первой ориентации во вторую ориентацию, причем каждая такая система содержит по меньшей мере один электрохимический элемент, который содержит отрицательный электрод и положительный электрод, причем отрицательный электрод и/или положительный электрод образуют преобразователь, который содержит первый участок и второй участок, в которой, за счет зарядки и/или разрядки, вещества электрохимически осаждаются на первом участке в иной степени, чем на втором участке, в результате чего первый участок получает изменение размеров относительно второго участка, за счет чего преобразователь получает разностное механическое напряжение между первым и вторым участками, вызывающее перемещение по меньшей мере участка преобразователя, причем указанное перемещение преобразователя выполняет механическую работу без необходимости соединения со структурой, которая выполняет указанную работу.

Настоящее изобретение также имеет отношение к преобразовательным устройствам, причем каждое такое устройство содержит по меньшей мере один электрохимический элемент, который содержит отрицательный электрод, положительный электрод и вещества, которые могут интеркалировать, деинтеркалировать, легировать, окислять, восстанавливать или плакировать первый участок электрохимического элемента в большей степени, чем второй участок электрохимического элемента, в результате чего первый и/или второй участки претерпевают изменение размеров за счет разрядки, вызывающее перемещение преобразователя, генерирующее механическую работу, причем электрохимический элемент сконструирован и расположен с возможностью зарядки при изготовлении, причем он частично разряжается за счет использования или дополнительно не заряжается после первой разрядки.

Настоящее изобретение также имеет отношение к инфузионным насосам, причем каждый такой насос содержит по меньшей мере один электрохимический элемент, имеющий отрицательный электрод, положительный электрод и частицы интеркалирования, причем отрицательный электрод и/или положительный электрод претерпевает изменение размеров за счет зарядки и/или разрядки, что приводит к введению флюида в тело.

Настоящее изобретение также имеет отношение к преобразователям, которые сконструированы и расположены с возможностью использования в физиологической установке, причем каждый такой преобразователь содержит первый участок, смежный со вторым участком, при этом первый участок претерпевает изменение размеров за счет воздействия телесной жидкости, которая содержит частицы, причем результирующее электрохимическое интеркалирование частиц в первый участок, деинтеркалирование частиц из первого участка или окисление/ восстановление первого участка в результате контакта с частицами вызывает изменение размеров преобразователя.

Настоящее изобретение также имеет отношение к электрохимическим преобразователям для введения лекарственного средства в тело, причем каждый такой преобразователь содержит по меньшей мере один отрицательный электрод, по меньшей мере один положительный электрод и частицы, при этом электрохимический преобразователь подвергается воздействию напряжения или тока, причем приложение напряжения или тока или прекращение указанного приложения вызывает интеркалирование частиц по меньшей мере в один электрод электрохимического преобразователя, что приводит к изменению объема или размеров электрохимического преобразователя, и при этом изменение объема или размеров приводит к введению лекарственного средства в тело.

Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания, приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи, которые являются схематичными и приведены не в реальном масштабе. Для упрощения понимания, не все элементы показаны на чертежах, причем не все варианты настоящего изобретения поясняются чертежами, когда это не мешает пониманию настоящего изобретения специалистами в данной области.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показан пример системы преобразователя без приложения напряжения или тока (фиг.1А) и с приложением напряжения или тока (фиг.1B), в соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения.

На фиг.2 показан пример системы преобразователя без приложения напряжения или тока (фиг.2А) и с приложением напряжения или тока (фиг.2B), для дозированной подачи флюида в смежный флюидный контейнер, в соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения.

На фиг.3А-3С показаны система преобразователя, имеющая достаточную жесткость для того, чтобы воздействовать на скорость перемещения и длину хода преобразователя.

На фиг.4 показан пример системы преобразователя в соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения.

На фиг.5 показан другой пример системы преобразователя в соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения.

На фиг.6 показан еще один пример системы преобразователя в соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения,

На фиг.7 показан еще один пример системы преобразователя в соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения.

На фиг.8А показана система преобразователя, которая содержит первый и второй участки, образованные из разных материалов.

На фиг.8В показана система преобразователя, которая содержит первый и второй участки, образованные из разных материалов, после погружения в воду.

На фиг.9 показана система преобразователя, которая содержит Zn слой в виде Zn (фиг.9А), и после преобразования Zn в Zn(OH)₂ (фиг.9B), что приводит к срабатыванию системы преобразователя.

На фиг.10 показана другая система преобразователя, которая содержит Zn слой в виде Zn (фиг.10А), и после преобразования Zn в Zn(OH)₂ (фиг.10B), что приводит к срабатыванию системы преобразователя.

На фиг.11 показана система преобразователя, которая содержит пару ионов лития, причем преобразователь имеет нулевое механическое напряжение (нулевую деформацию) до воздействия электролита (фиг.11А) и срабатывает после воздействия электролита (фиг.11B).

На фиг.12 показана пара ионов лития или пара металлический никель - гибрид, собранная в заряженном состоянии (фиг.12А) и после самопроизвольного разряда после погружения в электролит (фиг.12B).

На фиг.13 показана система преобразователя, которая содержит два различных участка, до воздействия электролита (фиг.13А) и после воздействия электролита (фиг.13B), причем система претерпевает изгиб или получает форму чаши.

На фиг.14 показана система преобразователя, которая содержит два различных участка, до воздействия электролита (фиг.14А) и после воздействия электролита (фиг.14B), причем система претерпевает изгиб или раскрытие структуры.

На фиг.15 показана система преобразователя, имеющая шарнирную структуру, до воздействия частиц (фиг.15А) и после воздействия частиц (фиг.15B), когда система срабатывает.

На фиг.16 схематично показан электрохимический насос, не требующий источника питания.

На фиг.17 показан график перемещения в зависимости от времени для не требующего источника питания преобразователя морфинга с встроенным усилителем деформации.

На фиг.18 показан график перемещения в зависимости от времени для электрохимического преобразователя морфинга, управляемого за счет 20% рабочего цикла.

На фиг.19 показан гальваностатический профиль разряда биморфного электрохимического преобразователя, в котором используют оловянную фольгу (станиоль) толщиной 0.10 мм, соединенную с медной фольгой.

На фиг.20 показан гальваностатический профиль разряда биморфного электрохимического элемента, в котором используют оловянную фольгу толщиной 0.05 мм, соединенную с медной фольгой.

Все заявки на патенты и патенты, которые включены в данное описание в качестве ссылки, включены в него в качестве ссылки полностью. В случае конфликта, преобладающим является настоящее описание, в том числе и определения.

Подробное описание изобретения

В соответствии с настоящим изобретением предлагаются системы и устройства, которые предусматривают электрохимическое приведение в действие, и связанные с ними способы.

В некоторых случаях, в соответствии с настоящим изобретением предлагаются системы (например, системы преобразователей), которые могут содержать по меньшей мере один компонент, причем приложение напряжения или тока к компоненту может вызывать изменение объема или размеров компонента. В некоторых случаях, изменение объема или размеров может создавать механическую работу. В некоторых вариантах, по меньшей мере участок системы может быть сконструирован и расположен с возможностью перемещения из одной ориентации в другую ориентацию. Система также может быть связана с другой структурой, так что изменение объема или размеров системы может влиять на ориентацию, форму, размер, объем или другую характеристику структуры. Такие системы могут быть полезны в различных применениях, в том числе в насосах (например, в инфузионных насосах) и, например, в устройствах для доставки (введения) лекарственного средства.

В некоторых вариантах, система может иметь частицы, связанные с одним или несколькими компонентами (например, с электродами) во время работы системы. Частицы, такие как ион, способны взаимодействовать с одним или несколькими участками устройства. В некоторых вариантах в соответствии с настоящим изобретением может быть предусмотрено взаимодействие частиц с одним или несколькими электродами устройства, создающее изменение объема или размеров электрода. Использованное здесь выражение "изменение объема или размеров" относится к расширению, сжатию и/или другому перемещению системы или участка системы. Изменение объема или размеров может иметь одну или несколько величин расширения, сжатия, удлинения, укорочения, скручивания, изгиба, сдвига или другого перемещения в одном или нескольких измерениях. В некоторых случаях, изменение объема или размеров может быть изотропическим. В некоторых случаях, изменение объема или размеров может быть анизотропическим. Некоторые изменения могут быть использованы для выполнения механической работы, то есть для приведения в действие. Системы могут иметь любой диапазон изменения объема или размеров, который подходит для специфического применения. Например, система преобразователя может быть установлена в контакте с флюидным контейнером и может расширяться и сжиматься так, что система служит в качестве насоса для дозированного выпуска флюида из флюидного контейнера.

В некоторых вариантах, в соответствии с настоящим изобретением предлагается электрохимический преобразователь, который содержит по меньшей мере один электрохимический элемент, имеющий анод, катод и частицы (например, ион лития), причем электрохимический элемент претерпевает изменение объема или размеров при приложении напряжения или тока. В некоторых вариантах, электрохимический преобразователь также содержит структуру, которая содержит по меньшей мере один участок, сконструированный и расположенный с возможностью перемещения из первой ориентации во вторую ориентацию, например, за счет изменения объема или размеров одного или множества электрохимических элементов. При перемещении участка структуры выполняется механическая работа. Как это описано далее более подробно, различные системы могут быть приведены в действие за счет изменения объема или размеров электрохимического элемента.

Использованное здесь выражение относительно того, что система преобразователя "сконструирована и расположена с возможностью перемещения", относится к системе преобразователя, которая может изменять ориентацию системы, за счет перемещения (например, срабатывания) по меньшей мере участка системы, что влияет на характеристики системы или структуры, связанной с системой в заданной области применения. Специалисты в данной области легко поймут смысл этого выражения. В показанном варианте, система преобразователя может быть расположена рядом со структурой, такой как флюидный контейнер или резервуар, причем система преобразователя сконструирована и расположена так, что движение или другое перемещение системы влияет на положение, форму, размер или другую характеристику флюидного контейнера, чтобы откачивать или выдавать флюид из флюидного контейнера.

Преимущественно, перемещение системы или участка системы из первой ориентации во вторую ориентацию может быть достигнуто при помощи различных способов, например за счет изгиба, придания формы чаши, скручивания, удлинения и сжатия, что может быть создано, например, за счет изменения композиции материала системы, за счет изменения конфигурации одного или нескольких электрохимических элементов системы, за счет приложения напряжения или тока, за счет изменения рабочего цикла или за счет изменения рабочих параметров, как это описано далее более подробно. В тех случаях, когда система связана с структурой, перемещение системы может быть вызвано, например, изменением положения электрохимического элемента относительно перемещаемой структуры, изменением конфигурации структуры, изменением любых материалов, которые находятся в рабочей связи между электрохимическим элементом и структурой, и/или изменением композиции материала компонентов. В некоторых случаях, перемещением может быть линейное перемещение участка системы. В некоторых случаях, перемещением может быть придание формы чаши участку системы. Например, система может иметь участок в виде диска, который может иметь первую, плоскую ориентацию, причем после срабатывания участок в виде диска может получать полусферическую, вторую ориентацию.

Кроме того, степень перемещения структуры или участка структуры может быть выбрана в соответствии со специфическим применением. Например, в некоторых вариантах, электрохимические элементы в соответствии с настоящим изобретением могут вызывать перемещение структуры или участка структуры, составляющее, например, больше чем 5 градусов, больше чем 10 градусов, больше чем 20 градусов, больше чем 30 градусов или больше чем 40 градусов. В зависимости от специфического применения, в других вариантах, электрохимические элементы могут вызывать перемещение, составляющее, например, больше чем 1 см, больше чем 10 см, больше чем 20 см, больше чем 50 см или больше чем 1 м.

В некоторых случаях, изменение объема или размеров электрохимического элемента за счет заряда или разряда может быть использовано для осуществления физического перемещения системы, участка системы или структуры, смежной с системой или иным образом связанной с ней. Изменение объема или размеров (например, чистое изменение объема) может быть положительным, нулевым или отрицательным во время заряда или разряда. В некоторых случаях, чистое изменение объема может быть легко подсчитано исходя из изменений объемов, которые происходят в каждом из образующих материалов, с использованием табулированных данных для молярных объемов образующих материалов электрохимического элемента в функции от их композиции или состояния заряда или может быть измерено непосредственно на электрохимическом элементе.

Множество различных структур могут быть приведены в действие при помощи описанного здесь электрохимического элемента. В некоторых вариантах, в соответствии с настоящим изобретением предлагаются системы преобразователей (например, электрохимические преобразователи), сконструированные и расположенные с возможностью перемещения из первой ориентации во вторую ориентацию, за счет зарядки и/или разрядки. В некоторых случаях, система преобразователя может быть сконструирована и расположена с возможностью изменения из первой формы во вторую форму, за счет зарядки и/или разрядки. В некоторых случаях, перемещение, созданное при помощи преобразователя, может иметь такой же знак (например, положительный или отрицательный), как и изменение объема или размеров, происходящее в электрохимическом элементе. Например, положительное перемещение (например, увеличение линейного размера) может соответствовать положительному чистому изменению объема (например, расширению) собственно электрохимического элемента, а отрицательное перемещение (уменьшение линейного размера) может соответствовать отрицательному чистому изменению объема (сжатию) собственно электрохимического элемента. В некоторых случаях, перемещение, созданное за счет преобразователя, может не иметь такой же знак, как изменение объема или размеров, происходящее в электрохимическом элементе. Например, как это описано в примерах, положительное перемещение может быть создано за счет электрохимического элемента, который испытывает чистое отрицательное изменение объема. Таким образом, перемещение преобразователя может быть развязано от изменения объема или размеров электрохимического элемента.

Система преобразователя может иметь по меньшей мере один электрохимический элемент, имеющий отрицательный электрод и положительный электрод. Система преобразователя также может иметь, например, два или больше, четыре или больше, десять или больше, двадцать или больше, пятьдесят или больше электрохимических элементов, которые могут работать последовательно или параллельно. В некоторых вариантах, множество электрохимических элементов могут быть электрически соединены в параллель, но могут быть уложены друг на друга так, чтобы увеличивать полное перемещение, при поддержании низкого электрического напряжения всего устройства. В некоторых вариантах, чистое изменение объема электрохимического преобразователя используют для осуществления физического перемещения, получаемого за счет нагнетания или откачки флюида, или для введения флюида в тело, в том числе (но без ограничения) флюида, который содержит лекарственное средство.

В некоторых вариантах, отрицательный электрод и/или положительный электрод образует преобразователь и может изменять форму и/или может быть перемещен из первой ориентации во вторую ориентацию, за счет зарядки и/или разрядки электрохимического элемента. В некоторых случаях, система преобразователя может иметь первый участок и второй участок, при необходимости имеющие электрическую связь друг с другом, причем первый участок и второй участок претерпевают разностное изменение объема или размеров или разностное перемещение, за счет зарядки и/или разрядки. Например, электрод (электроды) претерпевает изменение формы, или же перемещение может иметь первый участок, который создает механическое ограничение второго участка, которое может облегчать перемещение электрода (электродов). В некоторых вариантах, первый участок имеет электрическую связь со вторым участком. В некоторых вариантах, первый участок не имеет электрическую связь со вторым участком.

В некоторых случаях, первый участок и второй участок (например, соответствующие положительному и отрицательному электродам, или наоборот, электрохимического элемента) могут иметь форму слоев, которые могут быть расположены непосредственно рядом друг с другом или, в других вариантах, могут быть разделены друг от друга при помощи другого материала. В некоторых вариантах, первый и второй участки связаны друг с другом. В некоторых вариантах, первый и второй участки представляют собой различные области одной и той же части системы, причем один участок претерпевает электрохимически созданное изменение объема или размеров в большей степени, чем другой участок.

В некоторых вариантах, за счет зарядки и/или разрядки, частицы (например, частицы интеркалирования, электрон или плакирующие частицы) интеркалируют, деинтеркалируют, легируют, окисляют, восстанавливают или плакируют первый участок в иной степени (например, в различной концентрации, при различном механическом напряжении, в различном объеме, при различном изменении формы), чем второй участок. Например, частицы могут главным образом интеркалировать, деинтеркалировать, легировать, окислять, восстанавливать или плакировать первый участок, но не второй участок, или второй участок в меньшей степени, чем первый участок. В результате разностного интеркалирования, деинтеркалирования, легирования, окисления, восстановления или плакирования первого участка в иной степени, чем второго участка, первый участок может испытывать результирующее изменение размеров, такое как увеличение или уменьшение объема или линейного размера, или изменение коэффициента формы. Так как частицы не интеркалируют, не деинтеркалируют, не легируют, не окисляют, не восстанавливают или не плакируют второй участок или делают это в меньшей степени, чем для первого участка, то второй участок может не претерпевать существенного изменения размеров или может не претерпевать такого же изменения размеров, как первый участок. В результате, разностное механическое напряжение (например, встречно-включенные механические напряжения) создается между первым и вторым участками, которое может вызывать перемещение (например, внутренний изгиб или прогиб) по меньшей мере участка преобразователя. Результирующее перемещение преобразователя может выполнять механическую работу без необходимости соединения со структурой, которая выполняет указанную работу. В некоторых вариантах в соответствии с настоящим изобретением, возбуждение преобразователя может создавать расширение, сжатие, изгиб, прогибание, придание формы чаши, сгибание, свертывание или другие формы перемещения из первой ориентации во вторую ориентацию.

В некоторых случаях, система преобразователя сама по себе является структурой, усиливающей или ослабляющей механические напряжения. Например, система преобразователя или ее участок (например, электрод) могут усиливать любое перемещение, возникающее, например, за счет изменения объема, которое происходит в системе или на ее участке. В некоторых вариантах, система преобразователя или устройство могут усиливать перемещение, возникающее за счет изменения объема электрода. Перемещение преобразователя может быть использовано для создания силы или для выполнения перемещения структуры смежного преобразователя.

В любых описанных здесь системах преобразователей и устройствах (например, в насосах), перемещение системы преобразователя или ее участка может быть использовано для выполнения механической работы, без необходимости соединения со структурой, которая выполняет указанную работу. В некоторых случаях, система преобразователя может быть соединена со структурой, которая выполняет механическую работу (например, с усиливающей механическое напряжение структурой или с ослабляющей механическое напряжение структурой). В некоторых случаях, система преобразователя может быть не соединена со структурой, которая выполняет механическую работу.

Пример системы преобразователя приведен в варианте, показанном на фиг.1А. Как это показано в этом пояснительном варианте, система 110 преобразователя имеет отрицательный электрод 112, который имеет электрическую связь с положительным электродом 114. Положительный электрод 114 может иметь первый участок 116 и второй участок 118. В некоторых вариантах, участки 116 и 118 образованы из разных материалов. Участки 116 и 118 также могут иметь различные электрические потенциалы. Например, участок 116 может иметь материал, который частицы могут интеркалировать, деинтеркалировать, легировать, окислять, восстанавливать или плакировать в иной степени, чем участок 118. Участок 118 может быть образован из материала, который частицы главным образом не могут интеркалировать, деинтеркалировать, легировать, окислять, восстанавливать или плакировать. В некоторых случаях, участок 116 может быть образован из материала, который выбран из группы, в которую входят алюминий, сурьма, висмут, углерод, галлий, кремний, серебро, олово, цинк, или из других материалов, которые могут расширяться за счет интеркалирования или легирования или образования соединения с литием. В соответствии с предпочтительным вариантом, участок 116 образован из материала, который содержит алюминий и который может расширяться за счет интеркалирования литием. Участок 118 может быть образован из меди, так как медь главным образом не интеркалирует или не легирует литий. В некоторых случаях, участок 118 может действовать как токосъемник положительного электрода и может расширяться в направлении наружу от электрохимического элемента, например, с образованием контактного столбика или токового вывода. В других вариантах, участок 118 может быть соединен с контактным столбиком или токовым выводом, который выходит наружу из электрохимического элемента. Отрицательный электрод 112 также может иметь токосъемник. Система 110 преобразователя может иметь сепаратор 122. Сепаратором может быть, например, пористая разделительная пленка, такая как сетка из стекловолокон, или это может быть пористый полимерный сепаратор. Могут быть использованы и другие типы сепараторов, например такие, которые используют в литиевых ионных батареях. Преобразователь также может содержать электролит 124, который может иметь форму жидкости, твердого тела или геля. Электролит может содержать электрохимически активные частицы, аналогичные тем, которые используют для образования отрицательного электрода. Система 110 преобразователя может иметь герметичную оболочку 126, такую как полимерная упаковка.

Как это показано в варианте на фиг.1В, электрохимический элемент может иметь напряжение 132, так что когда образован замкнутый контур между отрицательным и положительным электродами, электронный ток может протекать между двумя электродами через внешнюю цепь. Если отрицательный электрод 112 представляет собой электрод из металлического лития и электролит содержит ионы лития, то ток ионов лития может протекать внутри из электрода 112 в электрод 114. Интеркалирование участка 116 литием может приводить к изменению размеров, такому как расширение объема. В некоторых случаях, это расширение объема может достигать по меньшей мере 25%, по меньшей мере 50%, по меньшей мере 75%, по меньшей мере 100%, по меньшей мере 150%, по меньшей мере 200%, по меньшей мере 250% или по меньшей мере 300% по сравнению с начальным объемом. Большое расширение объема может происходить, например, когда участок 116 насыщен литием. Когда участок 116 увеличивается в объеме за счет интеркалирования литием, тогда участок 118, с которым может быть связан участок 116, может главным образом не расширяться, по причине минимального интеркалирования литием или отсутствия такого интеркалирования. Таким образом, участок 116 создает механическое ограничение. Это разностное механическое напряжение между двумя участками приводит к тому, что положительный электрод 114 испытывает изгиб или выгиб. В результате изменения размеров и перемещения положительного электрода, система 110 преобразователя может быть перемещена из первой ориентации во вторую ориентацию. Это перемещение может происходить за счет изменения объема или размеров (например, за счет чистого изменения объема) электрохимического элемента, в результате потери металлического лития из отрицательного электрода и образования интеркалированного литием соединения или сплава лития у положительного электрода, которое является положительным, нулевым или отрицательным. В некоторых случаях, перемещение преобразователя может происходить за счет изменения объема или размеров (например, за счет чистого изменения объема) системы преобразователя или ее участка, которое является положительным. В некоторых случаях, перемещение преобразователя может происходить за счет изменения объема или размеров (например, за счет чистого изменения объема) системы преобразователя или ее участка, которое является нулевым. В некоторых случаях, перемещение преобразователя может происходить за счет изменения объема или размеров (например, за счет чистого изменения объема) системы преобразователя или ее участка, которое является отрицательным.

Использованное здесь выражение "разностное механическое напряжение" между двумя участками относится к разности откликов (например, к разности возбуждения) каждого индивидуального участка при приложении напряжения или тока к двум участкам. Таким образом, описанная здесь система может иметь компонент, который содержит первый участок и второй участок, связанный (например, имеющий контакт или полностью объединенный) с первым участком, причем главным образом в одинаковых условиях, первый участок может испытывать изменение объема или размеров, а второй участок может не испытывать изменение объема или размеров, за счет чего создается механическое напряжение между первым и вторым участками. Разностное механическое напряжение может побуждать компонент или его участок перемещаться из первой ориентации во вторую ориентацию. В некоторых случаях, разностное механическое напряжение может быть получено за счет разностного интеркалирования, деинтеркалирования, легирования, окисления, восстановления или плакирования частицами одного или нескольких участков системы преобразователя.

Например, разностное интеркалирование, деинтеркалирование, легирование, окисление, восстановление или плакирование участка 116 относительно участка 118 может быть осуществлено различными средствами (фиг.1А). В соответствии с одним из вариантов, как уже было указано здесь выше, участок 116 может быть образован из иного материала, чем участок 118, причем частицы интеркалируют, деинтеркалируют, окисляют, восстанавливают, легируют или плакируют один из материалов, в то время как второй участок взаимодействует с частиами в меньшей степени. В другом варианте, участок 116 и участок 118 могут быть образованы из одинакового материала. Например, участок 116 и участок 118 могут быть образованы из одинакового материала, который может быть главным образом плотным или пористым, например, может быть прессованным или спеченным порошком или вспененной структурой. В некоторых случаях, чтобы получить разностное механическое напряжение при работе электрохимического элемента, участок 116 или 118 может иметь существенную толщину, так что во время работы электрохимического элемента может возникать градиент композиции за счет ограниченного переноса ионов, создающий разностное механическое напряжение. В некоторых вариантах, один участок или область одного у