بطاريات الليثيوم والمنجنيز في الأجهزة الطبية الذكية وأجهزة قياس نسبة السكر في الدم

بطاريات الليثيوم والمنجنيز في الأجهزة الطبية الذكية وأجهزة قياس نسبة السكر في الدم

الليثيوم والمنجنيزبطاريات الأزرار (سلسلة )أصبحت هذه الأجهزة مصدر الطاقة الرئيسي للأجهزة الطبية الذكية، وخاصةً أنظمة مراقبة الجلوكوز المستمرة ()، نظرًا لمزاياها الفريدة في الأداء. فيما يلي وصف تفصيلي للخصائص التقنية، ومقارنة النماذج، وسيناريوهات التطبيق، واتجاهات الصناعة:

الخصائص التقنية ومزايا بطاريات الليثيوم المنغنيز الأزرارية

1. التركيب الكيميائي وخصائص الجهد

- النظام الكيميائي: القطب الموجب هو ثاني أكسيد المنغنيز ()₂), القطب السالب هو ليثيوم معدني، والإلكتروليت هو مذيب عضوي، مما يوفر جهدًا اسميًا مستقرًا يبلغ 3 فولت (البطاريات القلوية التقليدية تبلغ 1.5 فولت فقط).

- منحنى التفريغ: يظل خرج الجهد مستقرًا ضمن 90% من نطاق السعة (حوالي 3 فولت إلى 2 فولت)، مما يضمن التشغيل المستقر لدائرة الجهاز الطبي وتقليل أخطاء البيانات.

2. معايير الأداء الرئيسية

كثافة الطاقة: تتراوح كثافة الطاقة في سلسلة بين ٢٧٠ و٣٠٠ واط/كجم، متجاوزةً بذلك البطاريات القلوية (حوالي ١٠٠ واط/كجم). على سبيل المثال:

- : سعة 220-245 مللي أمبير في الساعة، تدعم أجهزة للعمل بشكل مستمر لمدة 10-14 يومًا.

- : سعة 38-40 مللي أمبير في الساعة، مناسبة لوحدات الاستشعار المدمجة.

- القدرة على التكيف مع درجة الحرارة: يمكن لمعظم الموديلات العمل من -20درجة مئويةإلى +60درجة مئوية، ويمكن تمديد النماذج الخاصة (مثل CR2032HT) إلى -40درجة مئوية~125درجة مئوية، مناسبة للبيئات المعقدة في المختبر/في الجسم الحي.

- معدل التفريغ الذاتي: معدل التفريغ الذاتي السنوي≤2%، عمر تخزين يصل إلى 10 سنوات، تلبية احتياجات النسخ الاحتياطي طويلة الأمد للمعدات الطبية.

المتطلبات الأساسية للبطاريات في جهاز قياس نسبة الجلوكوز في الدم

يحتاج جهاز إلى مراقبة نسبة السكر في الدم على مدار الساعة ونقل البيانات في الوقت الفعلي، ومتطلبات البطاريات صارمة للغاية:

١. التصغير: يجب تثبيت الجهاز على الجلد أو زراعته تحت الجلد، ويجب أن يكون حجم البطارية مضغوطًا للغاية (مثل الذي يبلغ سمكه ١.٦ مم فقط). ٢. عمر بطارية طويل: تفاصيل استهلاك الطاقة النموذجي لجهاز :

- المستشعر: 3-5مأ (عملية مستمرة)

- وحدة بلوتوث: تيار النبضة 10-20 مللي أمبير (كل إرسال)

- المتحكم الدقيق (): 1-3مأ (وضع السكون)

- عمر بطارية شامل: يمكن لـ دعم 7-14 يومًا، وتلبية متطلبات مراقبة إدارة الغذاء والدواء لأجهزة لمدة 10 أيام على الأقل.

3. السلامة: يجب الحصول على شهادات وIEC60086 وغيرها لمنع التسرب أو ارتفاع درجة الحرارة أو مخاطر الانفجار.

التحديات والحلول التقنية

1. إضعاف السعة في بيئة ذات درجة حرارة منخفضة

- المشكلة: تنخفض سعة بطاريات الليثيوم والمنجنيز العادية بنسبة تزيد عن 50% تحت -20°ج.

- حل:

- تحسين الإلكتروليت: إضافة إضافات منخفضة الحرارة (مثل كربونات البروبيلين) لتحسين التوصيل الأيوني.

- تعويض الدائرة: يحتوي الجهاز على وحدة تسخين مدمجة أو يستخدم شريحة تعزيز للحفاظ على الجهد.

2. متطلبات تيار النبضة

- المشكلة: يصل التيار اللحظي أثناء نقل البلوتوث إلى 15-20 مللي أمبير، مما قد يتسبب في انخفاض الجهد.

- حل:

- مكثف متوازي: قم بتوصيل 100-220ممكثف F بالتوازي مع مخرج البطارية لتخزين ذروة التيار.

- تحسين الاختيار: اختر نموذجًا عالي الأداء النبضي.

3. السلامة والامتثال

- الشهادة الطبية: يجب أن تجتاز البطارية نظام إدارة جودة الأجهزة الطبية واختبار التوافق الحيوي

- تصميم مقاوم للتسرب: استخدم لحام الليزر أو هيكل الغلاف مزدوج الطبقة.

اتجاهات التنمية المستقبلية

1. قدرة عالية:

- تحسين كثافة الطاقة من خلال تحديد حجم المواد القطبية الموجبة إلى حجم النانو (مثل ₂(الأسلاك النانوية)، وزيادة سعة الهدف بنسبة 30% (مثل يمكن أن تصل إلى 600 مللي أمبير في الساعة).

2. حل قابل لإعادة الشحن:

- تتمتع بطاريات الليثيوم المنغنيز القابلة لإعادة الشحن (سلسلة ، مثل ) بعمر افتراضي يصل إلى 500 مرة، مما يقلل من النفايات الطبية.

3. التكامل الذكي:

- شريحة إدارة الطاقة () المدمجة لتحقيق مراقبة صحة البطارية والتعديل التكيفي لاستهلاك طاقة الجهاز.

4. حماية البيئة وقابلية التحلل:

- البحث والتطوير للمواد القابلة للتحلل الحيوي (مثل حمض البوليلاكتيك ) بما يتوافق مع توجيه الاتحاد الأوروبي بشأن النفايات الإلكترونية والكهربائية.

بطاريات الليثيوم والمنجنيزتلعب بطاريات سلسلة دور في أجهزة قياس سكر الدم . تلبي خصائصها عالية الجهد، وعمرها الطويل، وصغر حجمها احتياجات المعدات الطبية بشكل مثالي. في المستقبل، ومع تطور علوم المواد وتكنولوجيا إدارة الطاقة، ستعزز بطاريات سلسلة تطوير المعدات الطبية الذكية نحو أحجام أصغر، وعمر بطارية أطول، وسلامة أعلى. ويحتاج المصنعون إلى تحسين أداء البطاريات في درجات الحرارة المنخفضة وتصميمها الصديق للبيئة باستمرار، وتعزيز التعاون في التطوير مع شركات المعدات الطبية لتلبية اللوائح الطبية الصارمة.