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激发式柔性表皮电化学能源器件及其使用方法

阅读:1014发布:2020-09-01

专利汇可以提供激发式柔性表皮电化学能源器件及其使用方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种激发式柔性表皮电化学 能源 器件,用于给柔性表皮 电子 器件提供 电能 ,包括有柔性基底层,在柔性基底层上并排设置有柔性供能器件负极和柔性供能器件正极,以及从所述柔性供能器件负极的一端引出的用于连接柔性表皮电子器件进行供电的负极引线和从柔性供能器件正极的一端引出的用于连接柔性表皮电子器件进行供电的正极引线,所述的柔性供能器件负极和柔性供能器件正极通过与人体组织液中的 葡萄糖 和空气中 氧 气的 氧化还原反应 获得电能。本 发明 具有柔性共形、 能量 传输效率高、绿色无污染以及无需长时间不间断外部能源激发的优点,能与 皮肤 共形结合,可用于给柔性表皮电子器件提供电能,不需要不间断的外部能源激发,可用于解决柔性表皮电子器件的供能问题。,下面是激发式柔性表皮电化学能源器件及其使用方法专利的具体信息内容。

1.一种激发式柔性表皮电化学能源器件,用于给柔性表皮电子器件提供电能,其特征在于,包括有柔性基底层(1),在所述的柔性基底层(1)上并排设置有柔性供能器件负极(2)和柔性供能器件正极(3),以及从所述柔性供能器件负极(2)的一端引出的用于连接柔性表皮电子器件进行供电的负极引线(4)和从柔性供能器件正极(3)的一端引出的用于连接柔性表皮电子器件进行供电的正极引线(5),所述的柔性供能器件负极(2)和柔性供能器件正极(3)通过与人体组织液中的葡萄糖和空气中气的氧化还原反应获得电能。
2.根据权利要求1所述的激发式柔性表皮电化学能源器件,其特征在于,所述的柔性基底层(1)包括有由聚二甲基氧烷构成的底层,以及位于所述底层上的由聚酰亚胺构成的表层。
3.根据权利要求1所述的激发式柔性表皮电化学能源器件,其特征在于,所述的柔性供能器件负极(2)包括有由下至上依次设置在所述柔性基底层(1)上的负极电极层(2a)、负极纳米颗粒层(2b)和构成电化学微反应池的负极凝胶层(2c),所述的负极引线(4)一体形成在负极电极层(2a)的一侧边。
4.根据权利要求3所述的激发式柔性表皮电化学能源器件,其特征在于,所述的水负极水凝胶层(2c)是由葡萄糖氧化酶分子和琼脂分子以质量比10:3混合构成。
5.根据权利要求3所述的激发式柔性表皮电化学能源器件,其特征在于,所述的负极纳米颗粒层(2b)是由具有高导电性的金纳米颗粒或铂纳米颗粒或纳米颗粒构成;所述的负极电极层(2a)和负极引线(4)采用银/氯化银或金或导电材料构成。
6.根据权利要求1所述的激发式柔性表皮电化学能源器件,其特征在于,所述的柔性供能器件正极(3)包括有由下至上依次设置在所述柔性基底层(1)上的正极电极层(3a)、正极纳米颗粒层(3b)和构成电化学微反应池的正极水凝胶层(3c),所述正极引线(5)一体形成在正极电极层(3a)的一侧边。
7.根据权利要求6所述的激发式柔性表皮电化学能源器件,其特征在于,所述的正极水凝胶层(3c)是由乙酰甲胆分子、漆酶分子和琼脂分子以质量比10:20:3混合构成。
8.根据权利要求6所述的激发式柔性表皮电化学能源器件,其特征在于,所述的正极纳米颗粒层(3b)是由具有高导电性的金纳米颗粒或铂纳米颗粒或银纳米颗粒构成;所述的正极电极层(3a)和正极引线(5)采用银/氯化银或金或铜导电材料构成。
9.一种权利要求1所述的激发式柔性表皮电化学能源器件的使用方法,其特征在于,首先用直流微电源连接柔性表皮电化学能源器件的正极引线(5)和负极引线(4)给予电源激发,激发时长为3~10分钟,然后将正极引线(5)和负极引线(4)连接柔性表皮电子器件,对柔性表皮电子器件进行供电,当几个小时后柔性表皮电子器件不再工作时,再对柔性表皮电化学能源器件进行激发3~10分钟后,再连接柔性表皮电子器件进行供电,如此反复直到柔性表皮电化学能源器件不能使用。

说明书全文

激发式柔性表皮电化学能源器件及其使用方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种能源器件。特别是涉及一种激发式柔性表皮电化学能源器件及其使用方法。

背景技术

[0002] 近几年,随着新技术、新工艺、新材料等方面的快速发展,可穿戴柔性表皮电子器件引起了学术界和工业界的广泛关注。这些可穿戴柔性表皮电子器件可用来连续的监测人体生理健康状态,以提供病症变化趋势从而有助于疾病治疗。由于材料和制造技术的发展,研究人员在可穿戴柔性表皮电子器件已经取得了一定的成果。然而到目前为止,柔性表皮电子器件的能源供应问题仍然是一项挑战。由于皮肤的柔性,要求可穿戴柔性表皮电子器件的能源器件能够与皮肤共形,研究人员已经采用了柔性的基于热电效应电池,基于光电效应的电池和纳米发电机来解决这个问题。然而,热电池的能量源于人体体温,具有较低的能量转换效率。光电池受到环境光照的限制,基于摩擦纳米发电机和压电纳米发电机需要不间断的外部能源来激发才可以输出电能。所以,需要有一种能与皮肤共形结合,不需要不间断的外部能源激发,可用于解决柔性表皮电子器件的供能问题。

发明内容

[0003] 本发明所要解决的技术问题是,提供一种可以与皮肤共形结合的用于给柔性表皮电子器件供能的激发式柔性表皮电化学能源器件及其使用方法。
[0004] 本发明所采用的技术方案是:一种激发式柔性表皮电化学能源器件,用于给柔性表皮电子器件提供电能,包括有柔性基底层,在所述的柔性基底层上并排设置有柔性供能器件负极和柔性供能器件正极,以及从所述柔性供能器件负极的一端引出的用于连接柔性表皮电子器件进行供电的负极引线和从柔性供能器件正极的一端引出的用于连接柔性表皮电子器件进行供电的正极引线,所述的柔性供能器件负极和柔性供能器件正极通过与人体组织液中的葡萄糖和空气中气的氧化还原反应获得电能。
[0005] 所述的柔性基底层包括有由聚二甲基氧烷构成的底层,以及位于所述底层上的由聚酰亚胺构成的表层。
[0006] 所述的柔性供能器件负极包括有由下至上依次设置在所述柔性基底层上的负极电极层、负极纳米颗粒层和构成电化学微反应池的负极凝胶层,所述的负极引线一体形成在负极电极层的一侧边。
[0007] 所述的水负极水凝胶层是由葡萄糖氧化酶分子和琼脂分子以质量比10:3混合构成。
[0008] 所述的负极纳米颗粒层是由具有高导电性的金纳米颗粒或铂纳米颗粒或纳米颗粒构成;所述的负极电极层和负极引线采用银/氯化银或金或导电材料构成。
[0009] 所述的柔性供能器件正极包括有由下至上依次设置在所述柔性基底层上的正极电极层、正极纳米颗粒层和构成电化学微反应池的正极水凝胶层,所述正极引线一体形成在正极电极层的一侧边。
[0010] 所述的正极水凝胶层是由乙酰甲胆分子、漆酶分子和琼脂分子以质量比10:20:3混合构成。
[0011] 所述的正极纳米颗粒层是由具有高导电性的金纳米颗粒或铂纳米颗粒或银纳米颗粒构成;所述的正极电极层和正极引线采用银/氯化银或金或铜导电材料构成。
[0012] 一种激发式柔性表皮电化学能源器件的使用方法,首先用直流微电源连接柔性表皮电化学能源器件的正极引线和负极引线给予电源激发,激发时长为3~10分钟,然后将正极引线和负极引线连接柔性表皮电子器件,对柔性表皮电子器件进行供电,当几个小时后柔性表皮电子器件不再工作时,再对柔性表皮电化学能源器件进行激发3~10分钟后,再连接柔性表皮电子器件进行供电,如此反复直到柔性表皮电化学能源器件不能使用。
[0013] 本发明的激发式柔性表皮电化学能源器件及其使用方法,具有柔性共形、能量传输效率高、绿色无污染以及无需长时间不间断外部能源激发的优点,能与皮肤共形结合,可用于给柔性表皮电子器件提供电能,不需要不间断的外部能源激发,可用于解决柔性表皮电子器件的供能问题。本发明具有如下优点:
[0014] 1、供能器件制作在柔性薄膜基底层上,组成能源器件的柔性薄膜基底、水凝胶层都是柔性材料,具有一定的抗弯曲和抗拉伸的功能,能够与皮肤共形,可以用于给柔性表皮电子器件供能。
[0015] 2、供能器件的能源来源于人体组织液中的葡萄糖和空气中氧气的氧化还原反应,这种基于葡萄糖的能源相比其他能源器件,能量传输效率高、绿色无污染。
[0016] 3、供能器件通过短时间激发的方式进行较长时间的供电,可以满足柔性表皮电子器件的供电需求,而且不需要长时间不间断的外部能源激发。附图说明
[0017] 图1是本发明激发式柔性表皮电化学能源器件的结构示意图;
[0018] 图2是本发明中柔性供能器件负极的结构示意图;
[0019] 图3是本发明中柔性供能器件正极的结构示意图。
[0020] 图中
[0021] 1:柔性基底层                   2:柔性供能器件负极
[0022] 2a:负极电极层                  2b:负极纳米颗粒层
[0023] 2c:负极水凝胶层                3:柔性供能器件正极
[0024] 3a:正极电极层                  3b:正极纳米颗粒层
[0025] 3c:正极水凝胶层                4:负极引线
[0026] 5:正极引线

具体实施方式

[0027] 下面结合实施例和附图对本发明的激发式柔性表皮电化学能源器件及其使用方法做出详细说明。
[0028] 如图1所示,本发明的激发式柔性表皮电化学能源器件,用于给柔性表皮电子器件提供电能,包括有柔性基底层1,所述的柔性基底层1包括有由聚二甲基硅氧烷构成的底层,以及位于所述底层上的由聚酰亚胺构成的表层。在所述的柔性基底层1上并排设置有柔性供能器件负极2和柔性供能器件正极3,以及从所述柔性供能器件负极2的一端引出的用于连接柔性表皮电子器件进行供电的负极引线4和从柔性供能器件正极3的一端引出的用于连接柔性表皮电子器件进行供电的正极引线5,所述的柔性供能器件负极2和柔性供能器件正极3通过与人体组织液中的葡萄糖和空气中氧气的氧化还原反应获得电能。
[0029] 如图2所示,所述的柔性供能器件负极2包括有由下至上依次设置在所述柔性基底层1上的负极电极层2a、负极纳米颗粒层2b和构成电化学微反应池的负极水凝胶层2c,所述的负极引线4一体形成在负极电极层2a的一侧边。
[0030] 其中,所述的水负极水凝胶层2c是由葡萄糖氧化酶分子和琼脂分子构成,其中,具体配比为:葡萄糖氧化酶分子和琼脂分子以质量比10:3混合构成。
[0031] 所述的负极纳米颗粒层2b是由具有高导电性的金纳米颗粒或铂纳米颗粒或银纳米颗粒构成;所述的负极电极层2a和负极引线4采用银/氯化银或金或铜导电材料构成。
[0032] 发图3所示,所述的柔性供能器件正极3包括有由下至上依次设置在所述柔性基底层1上的正极电极层3a、正极纳米颗粒层3b和构成电化学微反应池的正极水凝胶层3c,所述正极引线5一体形成在正极电极层3a的一侧边。
[0033] 其中,所述的正极水凝胶层3c是由漆酶分子和琼脂分子构成,其中,具体配比为:由乙酰甲胆碱分子、漆酶分子和琼脂分子以质量比10:20:3混合构成
[0034] 所述的正极纳米颗粒层3b是由具有高导电性的金纳米颗粒或铂纳米颗粒或银纳米颗粒构成;所述的正极电极层3a和正极引线5采用银/氯化银或金或铜导电材料构成。
[0035] 本发明的激发式柔性表皮电化学能源器件的使用方法,首先用直流微电源连接柔性表皮电化学能源器件的正极引线5和负极引线4给予电源激发,激发时长为3~10分钟,然后将正极引线5和负极引线4连接柔性表皮电子器件,对柔性表皮电子器件进行供电,当几个小时后柔性表皮电子器件不再工作时,再对柔性表皮电化学能源器件进行激发3~10分钟后,再连接柔性表皮电子器件进行供电,如此反复直到柔性表皮电化学能源器件不能使用。
[0036] 本发明的激发式柔性表皮电化学能源器件的使用方法的实施方式:将柔性表皮电化学能源器件共形的贴附于人体皮肤的表面,用直流微电源(如锂电池、干电池等)连接柔性表皮电化学能源器件的负极引线和正极引线(引线直流微电源正极接负极引线、直流电源负极接正极引线),激发5分钟后,断开负极引线和正极引线与直流微电源的连接,将需要供电的柔性表皮电子器件与柔性表皮电化学能源器件的负极引线和正极引线连接即可为其供电。该激发过程是利用直流微电源的电压将储存在正极水凝胶层中的乙酰甲胆碱分子通过离子电渗注入皮肤,然后即可使皮肤自发的向本发明的柔性表皮电化学能源器件正负极处渗出包含有葡萄糖分子的组织液,在本发明的柔性表皮电化学能源器件的负极,组织液中的葡萄糖分子被葡萄糖氧化酶氧化生成二氧化和水;在这个过程中,葡萄糖分子分解成为过氧化氢,铂纳米颗粒用来催化分解过氧化氢,避免过氧化氢影响葡萄糖氧化酶的活性,同时该纳米颗粒也用于增强电子传递效率。在本发明的柔性表皮电化学能源器件的正极,氧气被漆酶还原为水,铂纳米颗粒用于增强电子传递效率。电子由本发明的柔性表皮电化学能源器件的负极转移到正极。于是,在外接柔性表皮电子设备的两个输入端就产生电动势。由于人体组织的恢复特性,组织液的自发渗出仅能持续几个小时,待不再渗出后,即可再次用直流微电源激发5分钟,即可再连接柔性表皮电子器件对其进行供电,如此反复直到本发明的柔性表皮电化学能源器件不能使用(正极水凝胶层所储存的乙酰甲胆碱分子被全部注入)。
[0037] 本发明公开和揭示的所有组合可以通过借鉴本文公开内容产生,尽管本发明的组合已通过详细实施过程进行了描述,但是本领域技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本发明所述的装置进行拼接或改动,或增减某些部件,更具体地说,所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的,他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容之中。
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