淀粉基电池系统的制作方法

文档序号:7011543阅读:473来源:国知局
专利名称:淀粉基电池系统的制作方法
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
_7] 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 derwaals 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。当已糊化的淀粉凝胶粘合剂被冷却到室温以下时,这些被分散的直链淀粉分子靠得更近,以重新形成氢键并且最后自己重新排列,以再结晶。例如在该环境温度下,淀粉胶体的晶体区域中的被糊化的直链淀粉分子的这些聚合链趋向把分散的水分子挤压及驱出该胶体之外。这些内部聚合物重新聚集,以使该凝胶网络收缩,并且该被糊化的淀粉凝胶粘合剂分离成两层:一层坚固的淀粉凝胶粘合剂(称为淀粉糊)和另一层水。以上所描述的形成淀粉糊的过程被称为淀粉凝胶粘合剂的凝沉。在淀粉糊中,在此的水分子和盐离子的移动性相当大地被减弱了。当直链淀粉分子有助于淀粉凝胶粘合剂的形成时,这些直链淀粉分子通常并不会显著地有助于黏度。但是,该些支链淀粉分子强烈地有助于淀粉凝胶粘合剂和淀粉糊的黏度。因此,(上面描述的这样)所形成的淀粉凝胶和糊的特征取决于直链淀粉/支链淀粉的比率。其它影响该凝胶和凝沉过程的因素包括(但不限于)温度、所使用的水的量、所使用的水的PH及现存的盐、糖、脂肪和/或蛋白质的浓度。
_3] 淀粉蛋白质络合物的特征:
面粉是由诸如小麦、玉米(玉蜀黍)、马铃薯、稻和木薯之类的这些植物的谷粒、种子或根部所制成的粉末。面粉是含有高比例的直链淀粉和支链淀粉以及两种主要类型的植物蛋白质、即醇溶蛋白和麦谷蛋白的一种淀粉蛋白质络合物。该些蛋白质与这些淀粉分子“联合”,以形成一种淀粉蛋白质络合物。当该淀粉蛋白质络合物与足够的水组合时,该淀粉蛋白质络合物形成淀粉面筋胶体。小麦面粉在谷粒中含有最高水平的醇溶蛋白和麦谷蛋白。醇溶蛋白和麦谷蛋白有助于淀粉面筋的不同性质。醇溶蛋白给予淀粉面筋粘的和带粘性的性质,而麦谷蛋白给予淀粉面筋其强度和弹性。当足够量的水被添加到小麦面粉及该混合物被重复揉捏时,该醇溶蛋白和该麦谷蛋白从淀粉颗粒被释放出来并且被水合,以形成一种面筋聚合物。该面筋聚合物与水分子、这些淀粉分子(直链淀粉、支链淀粉)和微晶化的淀粉颗粒结合,以形成一种三维的交联的面筋网络(network)。重复地机械揉捏该混合物导致进一步使面筋束交联,以在淀粉蛋白络合物网络之内形成面筋矩阵(gluten matrix)。被形成的空气泡导致多孔的面筋网络,水、盐离子和气体能够通过该多孔的面筋网络迁移。多孔的面筋网络的物理性质是能够使该淀粉面筋胶体吸收近似两倍于自身重量的水,而展现出粘着的和有弹性的性质。因此,在一些情况下的淀粉面筋胶体提供合适的介质用于电解质的连续散布、扩散和迁移,所述电解质包括(但不限于)气体粒子、移动的盐离子和水分子。依据本发明的实施例,盐淀粉面筋胶体被用作电池系统的电解质。因为“咸的”物质能够吸引多个不同的鱼种、诸如:鲈鱼、鲤鱼、鲑鱼和虹鳟鱼,盐淀粉面筋胶体也用作钓鱼诱馆(fishing lure)中的馆。依据本发明,胶体的和多孔的淀粉基复合物由用户改变和/或被再装满,用于补充该电池系统。具有淀粉基电解质的电池系统被配置为例如为钓鱼诱饵或其它电子装置的光源或声源供电。在本发明的其它实施例中,具有淀粉基电解质的电池系统被用来供电给电动玩具、闪光灯、淀粉基模制玩具、电子灯饰装饰品(lighting ornament)和具有可更换的淀粉基电解质的电池装置。本发明的电池系统优选地包含具有盐水溶液作为电解质介质的多孔的面筋网络,其中该盐水溶液在此被称为盐淀粉面筋电解质。该盐淀粉面筋电解质能够依据预期应用流变地被模制成多个不同的形状。当该电池系统正在放电的时候,该电池系统的盐淀粉面筋电解质也能够生成半胶体的淀粉糊粘合剂。该通过“冷碱糊化”而生成的半胶体的淀粉糊粘合剂阻止凝沉,并且在该电池系统在水生环境中的操作期间,该半胶体淀粉糊粘合剂使盐淀粉面筋电解质的物理性质稳定。依据本发明的实施例,盐淀粉面筋电解质通过以下方式被制备:组合约30%至约60%的淀粉、约3%至约12%的离子盐、约20%至约55%的水、约0.5%至约3%的有气味的油、约1%至约4%的食品颜料和/或约5%的可食用的荧光粉末,并且在添加足够量的水之前把上述物质混合。在例如机器中,该混合物和水被重复地揉捏和伸展,直至盐淀粉面筋电解质被生成。混合物中的淀粉面筋束与分散的气泡结合在一起,以形成多孔的淀粉面筋矩阵,诸如以上所描述那样。合适的在制备盐淀粉面筋电解质中使用的离子盐包含(但不限于)碱金属和/或碱土金属盐酸盐、诸如 LiCl、RbCl、KCl、CsCl、BaCl、NaCl、SrCl2, CaCl2' MgCl20 通过机械揉捏过程,来自这样的盐的这些离子分散在淀粉面筋矩阵的微孔洞中。优选地,离子盐是KCUNaCl和/或MgCl2,因为这些离子盐是可食用的、不昂贵的、可溶于水的和天然的盐。给淀粉添加这些盐酸盐能增加该淀粉胶体的强度、稳定性、粘聚性和弹性及降低其黏度。这是因为从与金属盐酸盐包括在一起的淀粉胶体产出淀粉面筋络合物的产量比在没有金属盐酸盐的情况下的淀粉面筋络合物的产量低。在淀粉面筋聚合物-聚合物交互作用中的共聚(co-aggregation)变化是由该淀粉胶体内的分散的金属盐离子所弓I起的。因此,依据本发明的实施例,淀粉面筋络合物的形成能引起淀粉面筋胶体电解质的流变特性的改变,其流变特性是由诸如上面描述的这些盐酸盐引起的。依据本发明的实施例,盐淀粉面筋电解质的流变性用任何数目的不同方式被改动,该些方式包括(但不限于):改变直链淀粉与支链淀粉的比率、改变面筋蛋白质(醇溶蛋白和麦谷蛋白)的水平、改变所使用的水的量、改变所使用的一个或多个盐的类型、改动混合物的PH水平和调整形成盐淀粉面筋电解质的温度。优选地,电池系统的阳极含有作为电池阳极的碱金属或碱土金属或硼族金属,诸如:铝合金(1.25V)、镀锌钢(1.20V)或碱土金属。该电池系统的阴极优选地含有耐腐蚀的催化剂金属、诸如钼铜(-0.07V)、金(-0.09V)、钯(-0.07V)、不锈钢(-0.15V)、高镍铜合金(-0.15V)。依据本发明的其他实施例,该阴极含有具有纳米粒子的导电表面,其包括(但不限于):纳米银涂层、活性碳纳米纤维涂层或活性碳纳米织物,该活性碳纳米织物促进气体扩散,并且也增加用于该电池组电池阴极上质子(H+离子)还原半化学反应的有效表面面积。在操作中,并且当该电池系统被放电时,扩散的盐离子、水、留存的气体和淀粉颗粒在阴极和阳极之间形成凝胶混合物的糊状区域(淀粉水解胶体),在本文称为胶体的淀粉盐桥(colloidal starch-salt bridge)。该胶体的淀粉盐桥粘附和电连接阳极和阴极的表面,以进一步维持该电池系统的操作及改善电流的生成,用于给控制电路和/或负载电路供给输出功率。该胶体的淀粉盐桥能够进一步充当盐淀粉面筋电解质的淀粉颗粒和材料复合物的结合剂(binder )。依据本发明的实施例,这个淀粉结合剂能够阻止盐淀粉胶体电解质快速地溶解于水生环境中。在本发明的实施例中,淀粉胶体电池系统被配置为操作控制电路和/或负载电路,诸如在下面详细描述的那样。举例来说,该控制电路和/或负载电路被集成到钓鱼诱饵或其它用于吸引水生生物的装置中。依据这些实施例,盐淀粉胶体电解质用作饵,以及使得能够操作该淀粉基电池。为了进一步吸引鱼或其它水生生物,负载电路为生成光的发光二极管供电。使用发光二极管来吸引水生生物进一步在第7,722,218号、名称为“METHODOF AND DEVICE FOR ATTRACTING AQUATIC LIFE FORMS USING AN ELECTROMAGNETIC FIELDGENERATION”的美国专利中被描述,该美国专利的上下文通过引用结合于此。


图1是依据本发明的实施例的带有使用盐淀粉胶体电解质的电池系统的装置的示意性表示。图2A-C示出了依据本发明的实施例的用于替代常规干电池的淀粉基电池系统的表不。图3A-B分别示出了依据本发明的实施例的带有可拆卸的淀粉基电池电解质运载笼(carrier cage)的装置的剖视图和分解图。图4A-B示出了依据本发明的实施例的被放置在运载笼中以激活和供电给光模块的淀粉基面筋电解质。图5A-B示出了依据本发明的实施例的在电池系统中的用来给灯饰装饰品和电动玩具供电的具有不同形状的流变模制的盐淀粉胶体电解质的表示。图6是依据本发明的实施例的带有不同的连续的分散介质和凝胶粘合剂状的盐桥的盐淀粉胶体电池系统的剖视图。图7是依据本发明的实施例的在水生环境中操作的钓鱼诱饵发光装置的表示,该钓鱼诱饵发光装置包括钓鱼诱饵发光模块和可更换的淀粉电解质运载笼,该可更换的淀粉电解质运载笼被填充有混合颜料和荧光粒子的有气味的盐淀粉面团饵。
具体实施例方式参照图1,本发明针对用于从淀粉基电池系统生成电化学能以供电给负载电路的装置100。该装置100包含功能模块101和淀粉基电池110。该淀粉基电池110在这里指的是带有任何数目的不同电极的使用淀粉基电解质104的任何电池,但包含至少一个阳极102和一个阴极103。依据预期的应用,该淀粉基电解质104适合具有任何数目的物理性质、诸如流变性、黏度、盐度、粘滞性(stickiness)和形状。该功能模块101包含封装控制电路
111、负载电路109、接线板105和106以及阳极102及阴极103的部份的外壳结构107。依据本发明的实施例,淀粉基电解质104甚至没有任何电解质容器也能够被操作。优选地,该淀粉基电解质是可更换的和/或可流变变形的。依据本发明的实施例,端子板105是导电的,而端子板106是绝缘隔离装置。该阴极103优选地由耐腐蚀的电化学催化剂电极形成,该耐腐蚀的电化学催化剂电极含有诸如金、钼铜、不锈钢、高镍铜合金、钠米银粒子涂层表面、活性钠米碳织物和/或其组合的导电物质。该阳极102优选地由碱金属、碱土金属和/或硼族金属形成。优选地,该阳极102和阴极103两者都是由无毒性的和环保的材料形成的。控制电路111优选地包含有一些所有所需的能量转换电路和部件、诸如用于转换及调节来自淀粉胶体电池110的能量以供电给负载电路109所需的专用集成电路(ASIC)。当淀粉基电解质104与电极102和103的表面接触和/或被附着在电极102和103的表面上时,电极102和103被配置成电耦合到该控制电路111及将电池110的电化学能量转换成合适的输出电压和电流,以供电给负载电路109。负载电路109优选地包含诸如可见的有色发光二极管和/或紫外(UV)发光二极管之类的光源、诸如压电蜂鸣器扬声器之类的声源、诸如磁性动圈或马达之类的磁驱动器、诸如加热元件之类的电热源或其任何组合。负载电路109、控制电路111和阳极102和阴极103的部分优选地被模制或装入在外壳结构107之内,以致它们是防水的。如 上面所描述的那样,依据本发明的实施例的预期的应用,淀粉基电解质104优选地包含小麦面粉、氯化钠、食品颜料、可食用的有气味的材料、荧光材料和/或其组合。淀粉基电池的通用理论:
在淀粉基电池110的淀粉基电解质104是多孔的盐淀粉面筋电解质的地方,淀粉面筋网络内的组成在水和离子钠盐NaCl的分子的情况下是优选地均质的。举例来说,固体钠盐分子NaCl (S)被完全溶解在水中,以产生Na+阳离子和Cl_阴离子,并且降低了水分子通过自身电离的过程分成氢氧离子OH-和氢离子H—所需的能量。通过质子自递作用的过程,氢离子快速地组合其它水分子和形成水合氢离子H3O+,如以下所图示的那样:
溶解在H2O液体中:
NaCl(S) ---------------------------------------------> Na+ (aq) + Cl (aq) (I)
在平衡状态下的自身电离 H2O(I) < = = = = = = = = = = = = = = > H+ (aq) + OH—(aq)(2),和 / 或
在平衡状态下的质子自递作用 2H20(1) < = = = = = = = = = = = = = = > H3O+ (aq) + OH—(aq) (3)。当一种碱金属、碱土金属和/或硼族金属阳极102 (以下通过Z表示)和催化剂阴极103与淀粉基电解质104接触时,电池110被激活并且在电极102和103的端子上出现电势电压。当负载电路109通过控制电路111被电连接到电极102和103时,电流激励负载电路109和发生以下化学还原氧化反应:
Z(S)------------------------------------------> Z+n (aq) + ne- + 电势,EO
举例来说,在阳极102是由铝合金形成的地方,作为典型的硼族金属,铝合金被氧化,以在阳极表面上形成铝离子Al3+(aq):
Al(S) -> Al3+(aq) + 3e_ + 电势,EO
Al合金阳极的整体的电势为近似+1.25V。这些Al3+离子在阳极102的表面周围形成界面双层,并且在淀粉电解质中的H+离子和/或H3O+离子迁移到电催化剂阴极103的表面,在那里H+离子和/或H3O+离子被还原来形成氢气H2,如在下面化学还原反应中所示出的那样:
H+ (aq) + 2e—-------------------------------------------------> H2 (g),和 / 或
2H30+ (aq) + 2e_----------------------------------------------> 2H20(1) +
H2 (g) + 电势,E0’。 在阴极103处所生成的相对电势E0’ (参照钼(Pt)作为OV标准氢电极)取决于用于形成阴极103的电化学催化剂的类型,并且取决于在阴极103上所形成的氢气的活化过电势电压(activation over-potential voltage)。例如,高镇铜合金(E0,= -0.15V)和镀钼铜((E0’ = -0.07V)。在那里镀钼铜形成阴极103,所生成的电池组电池的电势电压为近似+1.18V。依据本发明的实施例,阴极103的催化剂表面(例如:钼合金、钯或活性纳米涂层)通过降低该还原氧化半反应的活化能而能够使水合氢离子(H30+离子)还原为氢(H)原子。这些催化剂表面能够进一步活化和催化氢(H)原子,以在该阴极上形成氢气分子(H2)。通过淀粉面筋矩阵的分散的微孔洞发射到外部环境的氢气分子将不会聚集在淀粉胶体电解质内。图2A-2C示出了包含帽模块(cap module)221和淀粉基电解质盒210的电池装置200。该帽模块221和淀粉基电解质盒210被配置成形成如下电池尺寸:该电池尺寸与标准干电池组尺寸相似,诸如与“AA”、“C”或“D”尺寸的干电池组相似。电池装置200优选地能够替代相同或相似尺寸的常规干电池组。帽模块221包含外壳结构220和诸如上面(图1)所描述的控制电路111之类的控制电路219、端子金属接触部(terminal metal contact) 208、金属吊扣件(metal catchpiece)215和215’、锁杆件(latch lever piece)217和217’、非导电的绝缘隔离装置206和碱金属或碱土金属阳极202。控制电路111被配置成转换和调节常规干电池组的标称电池电压、即1.5V。 淀粉基电解质盒210包含被容纳在圆柱形容器罐201之内的淀粉基电解质214(诸如上面所描述的那样)、圆柱形导电电催化剂阴极203和端盖金属接触部(end cap metalcontact) 209。圆柱形催化剂阴极203装套筒入容器罐201并且给容器罐201贴身装配圆柱形催化剂阴极203。圆柱形容器罐201和圆柱形催化剂阴极203两者都有底部开口,所述底部开口允许端盖金属接触部209与圆柱形催化剂阴极203电接触地被放置。圆柱形催化剂阴极203优选地包含有两个可移动的和导电的弹簧闩(spring latch)213和213’,所述弹簧闩213和213’用顶盖模块221的金属吊扣件215和215’锁住并且与所述金属吊扣件215和215’接触,以形成电池系统200。依据本发明的实施例,圆柱形催化剂阴极203包含有活性纳米碳织物/布、镀钼铜涂层和/或其组合,以帮助促进被生成的氢气的释放和/或扩散,并且以增加催化剂阴极203上的用于电化学反应的有效表面面积,因此,给予电池系统200更高的放电电流密度。仍然参照图2A,在电池工作时,通过将淀粉基电解质盒210与帽模块221相耦合,装置200被形成。这样做时,在端子金属接触部208与端盖金属接触部209之间生成的标称电池电压为近似+1.5V。当电池系统200通过端子金属接触部208和端盖金属接触部209被耦合到外部负载电路时,依据先前所描述的化学原理,电子(e_)流动,用以给该外部负载电路(未示出)提供电力。图2B示出通过装配淀粉基电解质盒210和帽模块221形成的电池系统200的透视图。当淀粉基电解质盒210被耗尽或被弄空时,顶部帽模块221和淀粉基电解质盒210被拆除,诸如在图2C中示出的那样,并且淀粉基电解质214和/或淀粉基电解质盒210被更换。例如,通过压下锁杆件217和217’以从被定位在帽模块221的内表面上的金属吊扣件215和215’ (图2A)解开导电弹簧闩213和213’(图2A),帽模块221和淀粉基电解质盒210被拆除。图3A-B图示了包含控制模块310和可拆卸的淀粉胶体运载笼313的电池装置300。控制模块310包含控制电路321和负载电路309以及防水和半透明的外壳结构331。控制电路321包含所有需要的电路,以转换及调节从电池装置300所生成的电压和电流,以操作负载电路309。负载电路309给任何数目的电装置301供电,所述电装置301诸如是LED灯和/或声源,所述声源例如包含压电蜂鸣器扬声器。依据本发明的这个实施例的控制模块310被配置成被激活来按照控制电路321的电路板上的任何数目的预编程的光图案和声音数据文档而发射脉冲光和声音。依据本发明的优选的实施例,电池装置300是被配置成吸引在水生环境中的鱼或其它水生生物的钓鱼诱饵,诸如以下参照图7所描述的那样。控制模块310也优选地包含可更换的金属阳极302、非导电的绝缘隔离装置306以及至少两个金属吊扣305和305’。可更换的阳极302是由碱金属、碱土金属或硼族金属和/或其组合形成的。可拆卸的淀粉胶体运载笼313包含内部表面304,利用被耦合到控制模块310的淀粉胶体运载笼313,该内部表面304不仅充当阴极,而且扩大了用于收拾和还原电化学半反应中的更多的H+质子和/或水合氢离子的有效表面面积。依据本发明实施例,该手段能够增加该电池装置的放电电流容量。淀粉胶体运载笼313带有至少两个可移动的和导电的弹簧闩303和303’或者弹簧闩303和303’的闭锁方法,所述弹簧闩303和303’优选地被配置为通过两个闭锁孔311和311’与两个金属吊扣件305和305’电接触和利用所述两个金属吊扣件305和305’锁住并且形成腔312。这两个金属吊扣件305和305’优选地由高镍铜合金、不锈钢和/或如上面描述的任何其它合适的电化学催化剂材料形成。在操作中,腔312被填充有和被再填满盐淀粉胶体电解质,诸如上面所描述的那样,并且电池装置300被激活。优选地,可拆卸的淀粉胶体运载笼313和/或该淀粉胶体运载笼313的内部表面是由不锈钢制成的。通过使导电的弹簧闩303和303’移位和经过闭锁孔311和311’导向导电的弹簧闩303和303’,可拆卸的淀粉胶体运载笼313容易地与控制模块310分离,如在图3B中所示。
依据本发明的实施例,图4A示出了钓鱼诱饵装置400。类似于上面所描述的电池装置300,钓鱼诱饵装置400包含控制模块310’。控制模块310’包含阳极、控制电路、负载电路和电子装置301’,诸如LED光源和/或声源。而且,控制模块310’优选地包含一个或多个孔431,用于将钓鱼诱饵装置400耦合到钓鱼线、鱼钩或其它钓鱼器具。钓鱼诱饵装置400进一步包含可拆卸的运载笼313,该可拆卸的运载笼313充当用于钓鱼诱饵装置400的电池的阴极部份。在操作中,淀粉基电解质404例如通过使用者的手423被模制,并且被模制的淀粉基电解质404’被放置到由控制模块310’和可拆卸的运载笼313所形成的腔(如图3A中所示)中。依据本发明的其它实施例,通过使用者的手423,淀粉基电解质404’也能够直接地被模制在控制模块310’周围,使得该电解质与控制模块310’的阳极和阴极的表面带粘性地接触和/或附着在所述表面上。接着,钓鱼诱饵装置400的电池电路被完成并且电装置301 ’被激励。如先前所描述的那样,淀粉基电解质404进一步包含任何数目的香料或添加剂,这些香料或添加剂诱使水生生物和/或促使水生生物进食这些作为饵的被模制的淀粉基电解质404’。钓鱼诱饵装置400的可拆卸的运载笼313不仅用作钓鱼饵笼,而且控制带有盐、荧光材料和气味粒子的淀粉面筋颗粒从被模制的淀粉基电解质404’的界面层分散到水生环境中。参照图4B,除了作为钓鱼诱饵装置400的应用以外,电池装置400 —旦被激活就能够由该模制的淀粉基电解质404’进一步继续生成半胶体的淀粉凝胶粘合剂,如在图6中所描述的那样。该装置400能够接着被附着到一个表面、诸如壁475,其中作为自身带粘性的闪灯或灯饰装饰品的电池装置400将继续被供电并且电装置301在该表面上被激励。图5A示出了装饰品501,该装饰品501是由类似于上面所描述的淀粉基电池所供电的。该装饰品501包含具有电子装置513的控制模块部分(控制电路和负载电路),所述电子装置513诸如是光源、声源、磁性动圈和/或微加热元件(如带气味的油加温器)、和由适当材料形成的两个电极502和503 (分别为阳极和阴极),在上面被描述。在操作中,混合有特定的带气味的油/添加剂的淀粉基电解质504例如由使用者的手523来形变地被模制。被模制的淀粉基电解质504’接着与电极502和503接触地被放置,用以供电给装饰品501,激励电子装置513和生成光513’噪声、气味和/或其组合。依据本发明的实施例,淀粉基电池的电解质504’在没有电解质容器的情况下操作。仍参照图5A,优选地,淀粉基电解质504进一步包含有UV固化添加剂、诸如光引发剂(photo-1nitiator)、低聚体和单体。而且,电子装置513包含一些UV LED作为光源。当被模制的淀粉基电解质504’与所述电极接触和激励电子装置513以发射UV光513’时,从电子装置513发射的UV光能够被配置来投射在该被模制的淀粉基电解质504’自身的表面上。因此,依据本发明的其它实施例,淀粉基电解质504’的流变表面能够通过预设的被模制的外形而被固化,而在淀粉基电解质504’内的淀粉胶体部分仍能够操作,直至该电池电解质被耗尽。依据本发明的其它实施例,淀粉基电池系统被用来供电给和操作玩具551,诸如在图5B中所示。玩具551 (在这种情况下是玩具车)包含所有必需的电子设备、诸如:马达、光源、声音生成器、磁性动圈(致动器)和/或其组合。该玩具包含由一个或多个合适的材料形成的两个电极502和503 (分别为阳极和阴极)。在操作中,淀粉基电解质554通过使用者的手被模制。被模制的淀粉基电解质554’与两个电极502和503接触地被放置,并且玩具551的电池系统被供电,以激励所述一个或多个电子装置563’。对本领域技术人员来说,根据上述讨论将清楚的是,本发明的淀粉基电池能够被用来供电给任何数目的不同电子装置。再者,对本领域技术人员来说将清楚的是,本发明的淀粉基电解质的物理性质(流变性)能够通过添加剂被改性,所述添加剂诸如是碱金属和碱土金属盐(例如=LiCl, MgCl2, KC1、CaCl2和NaCl)和/或改动该淀粉基电解质的制备条件。依据本发明的实施例,预先混合的淀粉基电解质、可拆卸的淀粉胶体运载笼和/或容器罐与利用淀粉基电池系统或本发明的一个或多个产品一起被包装或被销售。淀粉基电池系统在水生环境中的操作:
图6被用来图示本发明的淀粉基电池系统的使用如何特别好地适合用于在水生环境内的操作。图6示出了淀粉胶体电池装置600的剖视图,该淀粉胶体电池装置600接口连接和接触连续的分散介质、诸如水介质630。水介质630是水分子、气体或空气分子和固体粒子641的混合物。淀粉胶体电池611在这里包含电催化剂阴极603、固体Z金属阳极602 (碱金属或碱土金属或铝合金Al)、淀粉胶体运载笼613和盐淀粉面筋胶体604,其中该运载笼613优选地被配置来可拆卸地与该阴极603耦合,以成为阴极603的部份,诸如在上面详细描述的那样。包括H30+、0H_、H+、Na+和Cl_的自由离子和水分子H2O均匀地被分散在该淀粉面筋胶体的多孔的淀粉蛋白分散矩阵中,以形成胶体的盐淀粉基电解质604。当Z金属或Al阳极602和催化剂阴极603被浸入胶体盐淀粉基电解质604中时,阳极602氧化,以形成Zx+或Al3+离子,这些离子在阳极602上生成了带有表面电势EO的正表面电荷层。同时,H3O+和/或H+离子迁移到催化剂阴极603的表面并且被还原成氢气H2。同时地,因为如上所描述的半反应(2)和/或(3)的化学平衡,淀粉胶体电池装置600不断地生成越来越多的氢氧根0H_离子,并且在阴极603上形成了带有较低的表面电势EO’的负表面电荷层。在电极602和603之间的电势差(E0’ - E0)之下,阴离子(诸如Cl_和OF)朝向阳极602迁移,而阳离子(诸如Zx+和Na+)朝向阴极603迁移,因此产生了电双层,如在图6中所示。该电双层促进了电化学反应生成连续的电子流e_并且进一步帮助阻止粒子在阳极602和阴极603的表面上凝结。盐淀粉胶体电解质604的电双层包含了在该多孔面筋结构内的淀粉蛋白颗粒、自电离的水离子(H30+、OHlP H+)、氯化钠离子(Na+和CD、水分子(H2O)和还原氧化反应产物(Zx+和H2(g))的基本上均质的分散。在阳极602和阴极603之间的电势差(E0’_ E0)的影响下,具有这些阴离子和阳离子的充足的水能够通过这些多孔的结构渗透和迁移。在阴极603/该运载笼613的内部表面和阳极602之间的区中,碱金属类氢氧化物Na(OH)、硼族氢氧化物的粒子和/或碱土氢氧化物粒子Z (OH) x被形成,这结果形成高浓度的碱性溶胶,如在图6所示的一连串化学过程。在无需加热过程的情况下,在“冷碱糊化”的过程中,区域640中的碱性溶胶导致淀粉蛋白络合物和颗粒、或半胶体的淀粉凝胶粘合剂的形成。在一些情况下的被糊化的淀粉凝胶粘合剂的区域640像上面所描述的淀粉水解胶体那样将渐渐地散布到和覆盖阳极602、阴极603的表面和运载笼613的内部表面部份,如在图6中所不出的那样。在该水解胶体的机制中,胶凝作用被关联到淀粉聚合物-聚合物、聚合物-溶剂和/或聚合物-盐电解质离子(例如:K+、Na+、Mg+2、Ca+2)交互作用。淀粉聚合物链通过这些盐离子桥接到另一链并且形成一种交联的胶体的凝胶粘合剂。
在淀粉胶体电池装置600的操作中,越来越多的诸如Ca2+、K+和Mg2+的碱金属离子和/或碱土金属离子的产物由阳极602来生成,并且分散在淀粉聚合物链内。因为更多这些分散的离子在区640中桥接其它淀粉聚合物链,所以当电池611放电的时候,这些交联的胶体的凝胶粘合剂能够进一步加强淀粉基电解质604的胶凝粘合剂结构。在区640中,该淀粉粘合剂结构的胶凝特征与分散在该淀粉聚合物链内的金属离子的带电空缺(charged vacancy)直接成比例。例如,具有更多电荷空缺的金属离子的淀粉粘合剂结构的胶凝作用力比具有较少电荷空缺的金属离子的淀粉粘合剂结构的凝胶作用力相对更大,例如,由该Z阳极生成的金属离子引起的淀粉胶凝作用力等级评定为:A13+> Mg2+ > Ca3+ > Na.> K+。依据本发明的实施例,在区域640内的分散于多孔面筋结构中的被糊化的淀粉凝胶粘合剂能够充当该淀粉胶体电解质604的淀粉结合剂。在区640中的淀粉面筋胶体混合物能够带粘性地交联阳极602和阴极603,并且将结构完整性添加到淀粉基电解质604,这帮助确保盐淀粉胶体电解质604保持位于淀粉胶体运载笼613和/或有粘着力地附着在电极602和603的表面上,甚至在水生环境中也可保持。此外,当电池系统600放电时,上面所描述的过程有助于促进在盐淀粉胶体电解质604内和/或通过电池系统600的产物所包含的气味、香味、荧光颗粒和其它材料的受控的时间释放。图1示出了在水生环境750内的(诸如在图4A中示出的)钓鱼诱饵发光装置400的图解说明。钓鱼诱饵发光装置400依据上面参照图4A所描述的原理而操作。钓鱼诱饵发光装置400具有可拆卸的运载笼720和带有电子装置701的控制模块710,所述电子装置701诸如LED光源、声源或其组合。在操作中,也充当用于吸引水生生物的面团饵的淀粉基电解质704被放置在如在图6中所示的可拆卸的运载笼720中,并且电装置701因此通过所形成的电池被激活和被激励。依据本发明的这个实施例,一个或多个孔431和431’被用于把钓鱼诱饵发光装置400附着到钓鱼线721、鱼钩719和/或任何其它适当的钓鱼器具。淀粉基电解质704包含在小麦淀粉面筋内的颜料、有气味的材料、荧光颗粒和/或盐粒子,诸如先前所描述的那样。当电池系统正在供电给电子装置701的时候,羽流714在水生环境750内被生成,所述羽流714吸引鱼类或其它水生生物。如先前所提及的那样,羽流714例如包含盐、气味、悬浮荧光粒子和有色的淀粉蛋白颗粒,当钓鱼诱饵发光装置400的电池系统在水下放电以供电给电子装置701的时候,所述盐、气味、悬浮荧光粒子和有色的淀粉蛋白颗粒由淀粉基电解质704可控制地被释放和/或被生成。依据本发明的实施例,如上面所描述的具有分散材料的淀粉基电解质704和/或化学产物物质是环保的和/或生物可降解的,其中所述化学产物物质当钓鱼诱饵发光装置400的电池系统放电时被生成。淀粉基电解质704的高盐含量不仅帮助保存淀粉基电解质704达到延长的保存期,而且通过水下的咸饵来帮助吸引鱼种。依据本发明的这个实施例,当电子装置701的光源发射脉冲光的时候,在羽流714周围分散的具有荧光粒子的悬浮淀粉面筋颗粒能够在水生环境中从电子装置701的光源吸收光。在水下作为饵食的包含荧光材料、气味和颜料的胶体颗粒的淀粉面筋颗粒的羽流714能够发光和/或散射来自光源701的光,以在黑暗水生环境中例如模仿分散的浮游动物(生成天然生物光的磷虾和桡足动物)的云,以诱惑鱼类或其它水生生物,如图7中所示出的那样。本发明已经在并入细节的具体实施例方面进行了描述以促进理解本发明的结构及操作的原理。同样地,在此对具体实施例及其细节的参考并不意图限制所附权利要求的范围。对本领域技术人员来说将明显的是,在不离开本发明的精神和范围的情况下,可以对被选择用于图解的实施例做出修改。
权利要求
1.一种淀粉基电池系统,其包括: a)阳极; b)阴极;以及 c)容器或笼,用于使淀粉基电解质保持与阳极和阴极接触,其中当淀粉基电解质以与所述阳极和所述阴极的部分接触的方式被放置的时候,在所述阳极和阴极之间生成电压电势。
2.如权利要求1所述的装置,进一步包括控制电路,所述控制电路被电耦合到所述阳极和所述阴极,用于控制淀粉基电池的输出功率。
3.如权利要求2所述的装置,进一步包括负载电路,所述负载电路被电耦合到所述控制电路,用于提供该输出功率。
4.如权利要求3所述的装置,进一步包括电子装置,所述电子装置被电耦合到所述负载电路。
5.如权利要求4所述的装置,其中,所述电子装置选自包括下列内容的组:光源、声源、磁驱动器、马达和发热元件。
6.如权利要求4所述的装置,进一步包括防水外壳,用于给所述控制电路、所述负载电路、所述电子装置和所述阳极及阴极的部分装外罩。
7.如权利要求6所述的装置,其中,所述用于保持淀粉基电解质的容器或笼可拆卸地耦合到所述防水外壳。
8.如权利要求1所述的 装置,其中,所述阴极被可拆卸地耦合到所述容器或所述笼的表面。
9.一种具有淀粉基电池的装置,所述装置包括: a)阳极; b)阴极; c)控制电路,所述控制电路被电耦合到所述阳极和所述阴极,用于控制输出功率; d)负载电路,所述负载电路被电耦合到所述控制电路,用于提供输出功率;以及 e)电子装置,所述电子装置被电耦合到所述负载电路,用于接收输出功率,其中当淀粉基电解质以与所述阳极和所述阴极接触的方式被放置时,所述电子装置被激励。
10.如权利要求9所述的装置,其中,所述电子装置选自包括如下内容的组:光源、声源、磁驱动器、马达和发热元件。
11.如权利要求9所述的装置,进一步包括外壳,用于给所述控制电路、所述负载电路、所述电子装置、所述阳极的部份及所述阴极的部份装外罩。
12.如权利要求9所述的装置,进一步包括容器或笼,用于使所述淀粉基电解质保持与所述阳极和所述阴极接触。
13.如权利要求12所述的装置,其中,阴极被可拆卸地耦合到所述容器或笼的表面。
14.如权利要求9所述的装置,其中,所述装置被配置为耦合到钓鱼器具上并在水生环境内操作。
15.一种制造电池系统的方法,该方法包括: a)提供阳极和阴极; b)提供控制输出功率的控制电路和使该控制电路电耦合到该阳极和该阴极;c)提供负载电路并使该负载电路电耦合到该控制电路; d)使电子装置电耦合到该负载电路;以及 e)形成淀粉基电解质,并以与该阳极和该阴极的至少部分接触的方式放置该淀粉基电解质,使得该电子装置被激励。
16.如权利要求15所述的装置,其中,所述淀粉基电解质是盐淀粉面筋电解质。
17.如权利要求16所述的方法,其中,所述盐淀粉面筋电解质是通过机械混合在30%-60%的范围内的淀粉、在3%-12%的范围内的离子盐和在20%-55%的范围内的水而形成的。
18.如权利要求17所述的方法,其中,所述离子盐包含如下中的一种或多种:LiCl、RbCl、KCl、CsCl、BaCl、NaCl、SrCl2、CaCl2 和 MgCl2。
19.如权利要求16所述的方法,其中,所述盐淀粉面筋电解质进一步包含如下中的一种或多种:有气味的粉末、油、荧光材料和颜料。
20.如权利要求15所述的方法,其中,所述阳极包括如下中的一种或多种:碱土、碱土金属和硼族金属。
21.如权利要求1 5所述的方法,其中,所述阴极包括如下中的一种或多种:镀钼铜、金、钯、不锈钢和高镍铜合金。
22.如权利要求21所述的方法,其中,所述阴极进一步包括如下中的一种或多种:纳米银涂层和活性碳纳米纤维涂层或碳纳米织物涂层。
全文摘要
本发明针对淀粉基电池系统。该淀粉基电池系统使用流变的和可更换的淀粉面筋电解质,其中该流变的和可更换的淀粉面筋电解质生成与电极接触的和/或被附着在电极上的胶体淀粉凝胶粘合剂,以生成用于给电子装置供电的电流。包含控制电路和标准帽模块的该淀粉基电池系统替代常规的干电池组或与电子装置整合,以给例如闪光灯、灯饰装饰品或磁驱动运动产品和玩具供电。在本发明的其它实施例中,该淀粉基电池系统被整合到用于吸引水生环境中的水生生物的装置中,其中该淀粉基电池给光源和/或声源供电,并且淀粉面筋电解质也充当用于吸引水生环境内的水生生物的饵。
文档编号H01M12/06GK103155267SQ201180036556
公开日2013年6月12日 申请日期2011年5月5日 优先权日2010年5月27日
发明者梁荣辉, 郑宝芳 申请人:正意科技有限公司
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1