[发明专利]淀粉基电池系统

说明书

相关申请

本专利申请要求提交日为 2010年5月27日并且名称为“STARCH COLLOID BATTERY SYSTEM”、序列号为61/396,466的美国临时专利申请的根据35 U.S.C. 119(e)规定的优先权。该提交日为 2010年5月27日并且名称为“STARCH COLLOID BATTERY SYSTEM”、序列号为61/396,466的美国临时专利申请通过引用结合于此。

技术领域

本发明涉及一种具有可更换的淀粉基胶体电解质和可拆卸的电解质容器的电池系统。更特别地，本发明涉及一种淀粉基胶体电池系统，该淀粉基胶体电池系统能够生成一种淀粉粘合剂胶体（starch adhesive colloid）并且提供电化学能量。

背景技术

自从Alessandro Volta大约于1800年发明第一个原电池，不同类型的一次电池和二次电池(诸如：湿电池和干电池)已经被开发了。典型的湿电池例如是铅酸电池。铅酸电池包含非环保材料，其中所述非环保材料包含有硫酸液体电解质和铅电极。不可再充电的干电池包含诸如锌碳、氯化锌、氧化汞和锌之类的材料；而可再充电的干电池包含诸如镍镉(NiCd)、镍金属氢化物(NiMH)和锂离子(Li离子)之类的材料。

在具有不可更换的电解质的干电池的情况下，在电池的有效使用寿命已期满之后，该些干电池需要被处置。当一些湿电池可已被补充电解质时，该过程一般是危险的并且可导致腐蚀性物质的溢出。

无论该电池是湿电池还是干电池，被用于制造这些电池的有毒物质的处置成为环境威胁。这特别是对经常终止于水系统中的重金属的处置来说是成立的，并且这影响陆上生物和水生生物。进一步地，这些物质在食物链中的生物富积导致对生态环境的长期负面影响。

常规的电池是不防水的并且不能够被直接用在水中。针对水下应用，电池通常必须被装入防水外壳结构中或密封剂中，以防止水稀释电解质及腐蚀电极。

发明内容

淀粉基胶体复合物的特征：

淀粉是一种多糖，该多糖是由多个葡萄糖单元的聚合物所组成，这些葡萄糖单元链接在一起，以形成淀粉蛋白聚合物的长链。淀粉主要地由绿色植物产生。很多淀粉聚合物接合在一起并且形成单个淀粉颗粒。淀粉存在于诸如小麦、玉米(玉蜀黍)、马铃薯、稻和木薯之类的植物的谷粒、种子、叶或根部中。来自谷物的淀粉是人类、动物和鱼类的最丰富食物来源之一。

纯淀粉是一种白色的、无味的和无臭的粉末。淀粉主要包括两类淀粉蛋白复杂分子（starch protein complex molecule），即直链淀粉和支链淀粉。直链淀粉是线性螺旋结构，而支链淀粉是一种分支结构。不同类型的植物淀粉携带不同比率的直链淀粉和支链淀粉分子，例如：小麦淀粉含有近似26%的直链淀粉和近似74%的支链淀粉。直链淀粉是不溶于水的；而支链淀粉是容易地被溶于水中的，甚至当水是冷的时候。因为范德华力（van der waals force）、在这些线性螺旋的直链淀粉和分支的支链淀粉的聚合物链之间存在的氢键和共价键，复杂淀粉蛋白分子被紧密地束缚在晶体形式的淀粉中。

尽管线性螺旋的直链淀粉难以溶于水中，甚至在高温下也难以溶于水中，但是热水分子仍然扩散及渗透到颗粒的晶体结构中，以形成一种淀粉明胶。换句话说，淀粉的直链淀粉和支链淀粉分子能够被水合，以在一定的热温度(称为淀粉糊化温度)下形成粘性淀粉凝胶。举例来说，未改性的天然淀粉在约55摄氏度开始糊化，而其它类型的淀粉在约85摄氏度开始糊化。小麦淀粉在约50摄氏度开始糊化。

在淀粉糊化过程中，热水被该淀粉颗粒的表面层吸收，并且淀粉颗粒内的淀粉聚合物之间的氢键强度被减少，这进一步允许水分子渗透到所述颗粒中。一些直链淀粉从该淀粉颗粒表面被释放，并且淀粉颗粒的晶体结构变成多孔的。淀粉颗粒接着接纳更多水并且继续膨胀。最后，该直链淀粉和支链淀粉从晶相扩散，以形成一种具有胶体特征的分散体（dispersion）。一种淀粉凝胶粘合剂常规地通过重复的水加热、水吸收和淀粉分子水合的过程而被形成。