[发明专利]可食用超级电容器

说明书

本发明描述了关于可食用电容电源如超级电容器器件的系统和方法。所述电容电源包括分层排列的负极电极、负极集电器、正极电极和正极集电器，其中在负极电极与正极电极之间安置有隔膜层，从而形成对称电双层电容器。负极电极、负极集电器、正极电极、正极集电器和隔膜层均由无毒可食用材料构建。封装材料、导电负极接片和导电正极接片也均由无毒可食用材料构建，从而形成完全可食用的电容电源封装件。

相关申请

本申请要求2015年8月25日提交的美国临时专利申请第62/209,695号和2016年2月8日提交的美国临时专利申请第62/292,625号的权益，其全部内容以引用的方式并入本文中。

技术领域和背景技术

本发明涉及超级电容器和用于制造超级电容器的方法，所述超级电容器用于医疗器件应用。根据EvaluatePharma的报道，到2018年，全球医疗器件市场将达到4,400亿美元。多种这些器件如脑深部神经刺激器、心脏除颤器、起搏器和胰岛素泵，需要嵌入式能量源。

发明内容

电池，特别是Li离子电池，被广泛用作医疗器件电源。但是，电池通常在电解质中含有有毒金属(例如锂、铅或镉)以及许多其它有毒有机组分。另外，由于与电池内部电化学特性有关的限制，其通常不适用于一些特殊情况，诸如输出高频脉冲或高瞬时功率。

在各种实施方式中，本发明提供一种用于制造超级电容器、特别是电双层电容器的非常洁净无毒的机制，所述电容器能够比电池快得多地接受和传递电荷并且耐受更多的充电和放电循环数。本公开中提供了用于制造完全由食品制成的新型对称可食用电双层电容器的各种实施例。

在一个实施方式中，本发明提供一种电容电源，所述电容电源包括分层排列的负极电极、负极集电器、正极电极和正极集电器，其中在负极电极与正极电极之间安置有隔膜层，从而形成对称的电双层电容器。所述负极电极、负极集电器、正极电极、正极集电器和隔膜层均由无毒可食用材料构建。在一些这样的实施方式中，将分层装置包封在封装材料中，其中导电负极接片和导电正极接片从封装材料中延伸出。导电负极接片与负极集电器结合，并且导电正极接片与正极集电器结合。所述封装材料、导电负极接片和导电正极接片也均由无毒可食用材料构建，从而形成完全可食用的电容电源封装件。

在一些实施方式中，本发明提供一种超级电容器，所述超级电容器包括活性炭(例如来自膳食补充胶囊)作为电极材料。通过将活性炭与蛋白混合来制备浆液。将23kt可食用金叶(golden leaf)材料用作集电器，并且将未漂白的纤维素纸附着在薄金叶的背面用于支撑目的。蛋白还用作金叶和纤维素纸之间的粘合剂。将烤海藻，例如通常用于寿司的那种烤海藻，用作隔膜，并且将明胶薄片用作封装材料。将电解质饮料，如佳得乐(Gatorade)，其含有0.02mol/L钠离子和0.003mol/L钾离子，用作电解质。

在一些实施例中，可食用的基于食品的超级电容器展现能够在体外杀灭细菌的抗细菌活性，并且功率足以驱动具有无线充电能力的市售蛇相机。通过将电荷储存在食品中，这些系统证实适当组装的食品材料可以作为生物医学器件发挥作用。

通过考虑具体实施方式和附图，本发明的其它方面将变得显而易见。

附图说明

图1A是根据一个实施方式的超级电容器的分解图。

图1B是列出可以用于构建图1A的超级电容器的各种组件的潜在无毒可食用材料的表格。

图2是根据图1A的超级电容器的特定实施例的截面视图。

图3A是图2的超级电容器中活性炭材料的相对粒径和多孔结构的SEM影像。

图3B是图2的超级电容器中活性炭材料的相对粒径的TEM影像。

图4是展示Brunauer-Emmett-Teller(BET)测试的输出的图，该测试展示了图3A和3B的活性炭材料的表面积。