Batterijen gebruiken meestal elektrochemische reacties om energie op te slaan. Deze reacties hebben een limiet aan hoe snel ze die energie kunnen overbrengen. Een typische loodzuuraccu kan bijvoorbeeld maar een beperkte hoeveelheid energie verbruiken; na een bepaald punt begint het af te breken, waarbij waterstofgas wordt geproduceerd dat vervolgens kan ontbranden met vrije zuurstof in de lucht. Een analogie zou een zwaartekrachtbatterij zijn, zoals een grote dam van water met een hoger zwaartekrachtenergieniveau. Als je een deur opent, kan het water stromen en kan een circuit een maand lang op een bepaald voltage draaien. Het zou echter nooit voorbij dat spanningsniveau kunnen gaan als het veel hoger is, omdat er geen manier is om alle energie te benutten - alsof de dam in één keer volledig is geopend. Er zijn dus duidelijke grenzen aan de snelheid waarmee het kan worden afgevoerd.

Condensatoren kunnen grote potentiaalverschillen beter opslaan; maar ze kunnen de voltages vaak niet gedurende langere tijd volhouden. Dit komt doordat condensatoren eenvoudigweg een elektrisch veld en verschillende geometrieën gebruiken om energie op te slaan.

Dus als je maar een korte uitbarsting van energie nodig hebt, kun je de benodigde batterijcapaciteit verkleinen door een condensator te gebruiken. In principe slaat de condensator een hogere spanning op dan de accupolen en geeft deze vervolgens vrij. Anders zou een veel grotere batterij nodig zijn, maar met de grotere batterij zou je een meer aanhoudende spanning krijgen dan een condensator. Zoek de "Ampère-uren" van een batterij op. De batterij bevat meer energie dan de condensator, maar de condensator kan een hogere spanning afgeven. Zie ook specifieke energie of energiedichtheid van verschillende soorten batterijen en dan voor condensatoren.

Ook vanwege de beperkte energie van de condensator, voorkomt dit misschien de mogelijkheid van een soort vastgelopen circuit waar de energie continu kan stromen.Misschien zijn er meer complexe schakelingen nodig met een batterij om een korte spanningspiek te krijgen, die snel sluit en vervolgens opent.Je kunt vonken en ruis krijgen enz. Met de condensator als het circuit eenmaal gesloten is, kan hij gesloten blijven en de condensator zal gewoon zijn potentieel dumpen en dat is alles.

De defibrillator heeft een hoge spanning nodig om zijn werk te doen.normaal gesproken zou dit een zeer grote batterijstapel vereisen (honderden afzonderlijke cellen) om aan de vereiste spanning te voldoen.In plaats daarvan gebruiken defibrillators een kleiner batterijpakket om een helikoptercircuit aan te drijven dat de spanning door een transformator verhoogt, waarna het resultaat wordt gelijkgericht, gefilterd en opgeslagen in een condensatorbank met lage lek.dit minimaliseert het gewicht en de omvang van de machine, evenals de kosten ervan.

Het korte antwoord is dat hoewel condensatoren niet zoveel totale energie vasthouden als een batterij van hetzelfde formaat, ze sneller energie kunnen afgeven dan batterijen.

In een draagbare defibrillator (of een taser!) laadt een batterij een condensator op, waarna de condensator de lading veel, veel sneller vrijgeeft aan het onderwerp dan deze rechtstreeks vanuit de batterij had kunnen leveren.

De zeer grote condensatoren die in defibrillatoren worden gebruikt, kunnen (kortstondig) 2000 tot 6000 volt leveren.

De mogelijkheid om relatief snel energie te leveren is in feite het onderscheid tussen een " condensator " en een " oplaadbare batterij ". Dit is niet zozeer een natuurkundig feit, maar alleen wat de woorden betekenen.

Bijvoorbeeld, in de onderstaande plot:
$ {\ vereist {kleur}} {\ definecolor {condensator} {RGB} {255,10,10}} {\ definecolor {lightCapacitor} {RGB} {255,131,131}} {\ definecolor {batterij} {RGB} {186,138,20}} {\ definecolor {lightBattery} {RGB} {219,194,133}} % % \ text {Bijvoorbeeld in de onderstaande plot:} \\ \ hskip {1em} \ lagere {2,5ex} { \ begin {array} {l} {\ rlap {\ kleur {condensator} {\ regel {15px} {15px}}}} {\ rlap {\ raise {4px} {\ hskip {4px} \ color {lightCapacitor} {\ rule {7px} {7px}}}}} \ hskip {21px} {\ raise {2px} { {\ kleur {condensator} {\ textbf {Li-ioncondensator}}} ~ \ text {heeft een hoger ontladingspercentage; hoewel} }} \\ {\ rlap {\ kleur {batterij} {\ regel {15px} {15px}}}} {\ rlap {\ raise {4px} {\ hskip {4px} \ color {lightBattery} {\ rule {7px} {7px}}}}} \ hskip {21px} {\ raise {2px} {{\ color {battery} {\ textbf {Li-ion-accu}}} ~ \ text {kan meer energie opslaan.}}} \ end {array} } $
$ \ hskip {50px} $ $ {\ vereist {annuleren}} {\ def \ place # 1 # 2 # 3 {\ smash {\ rlap {\ hskip {# 1px} \ raise {# 2px} {# 3}}}}} \ plaats {305} {219} {\ kleur {condensator} {\ bcancel {\ phantom {\ regel {97px} {25px}}}}} \ plaats {377} {191} {\ kleur {batterij} {\ annuleer {\ fantoom {\ regel {25px} {7px}}}}} $

Merk op dat vermogen eenheden heeft van $ \ left [\ frac {\ text {energy}} {\ text {time}} \ right] $ . Dit betekent dat vermogen de snelheid is waarmee energie wordt geleverd.

Conceptueel lijkt er een belangenconflict te zijn tussen het opslaan van energie en het snel kunnen verliezen (d.w.z. stroom leveren). Zoals hierboven is aangetoond, hebben bepaalde technologieën de neiging om een ​​afweging te maken tussen hun vermogen om energie op te slaan en af ​​te leveren.

Dit conflict kan worden gezien als vergelijkbaar met dat met thermodynamische omkeerbaarheid, waarin langzamere processen doorgaans een hogere efficiëntie hebben. Nuttige verwarming heeft bijvoorbeeld de hoogste thermodynamische efficiëntie wanneer het naar beneden gaat met willekeurig kleine temperatuurgradiënten, hoewel hoe kleiner de temperatuurgradiënt, hoe langer het duurt voordat een eindige hoeveelheid warmte eroverheen beweegt.

In de thermodynamica is een omkeerbaar proces een proces waarvan de richting kan worden "omgekeerd" door oneindig kleine veranderingen teweeg te brengen in een eigenschap van het systeem via zijn omgeving, zonder dat de entropie toeneemt. Gedurende het gehele omkeerbare proces is het systeem in thermodynamisch evenwicht met zijn omgeving. Omdat het oneindig veel tijd zou kosten om het omkeerbare proces te voltooien, zijn perfect omkeerbare processen onmogelijk.

- "Omkeerbaar proces (thermodynamica)", Wikipedia [opmaak en verwijzingen weggelaten]

Het is eigenlijk best leuk om na te denken over de informatietheoretische aspecten waarom dit zo is. U hebt bijvoorbeeld waarschijnlijk gehoord dat entropie een maat is voor wanorde; het is misschien beter gezien als een kwalificatie van hoe staten in een ensemble van mogelijke staten zouden kunnen stromen. Als er meer ongebonden stroompaden zijn, kunnen dingen sneller gaan; dat betekent echter ook dat entropie groeit en nuttig werk lekt.

Dat lekken van nuttig werk komt ook naar voren als thermische energie (warmte), wat behoorlijk problematisch kan zijn als het gaat om hoogspanningselektronica.

Als een historische opmerking: condensatoren waren vroeger meer fysieke mechanismen voor het opslaan van energie, terwijl batterijen meer chemische mechanismen waren voor het opslaan van energie (met sommige grappige uitzonderingen). Dit is vandaag de dag nog steeds vaak waar, hoewel dat misschien beter kan worden gezien als een historisch toeval dan als een basisconcept om bij te houden. Dingen als supercondensatoren en andere technologieën zullen de grens blijven vervagen, aangezien er echt geen reden is om een ​​goed ontworpen systeem te beperken tot een enkele fysieke benadering.

Als laatste opmerking: een defibrillator zou batterijen kunnen gebruiken voor hun belangrijkste energieopslag, door ze te gebruiken om condensatoren op te laden die snel kunnen ontladen. Dit ontwerppatroon wordt transient load decoupling genoemd, waarbij de transient load de elektrische vraag van de schok is en de ontkoppeling is hoe de batterij er minder direct aan wordt blootgesteld.

Een aspect dat niet is behandeld in het andere antwoord, is wat er echt nodig is om een defibrillator betrouwbaar en veilig te laten werken .

Het defibrilleren van een hart is niet simpelweg "OK, laten we de patiënt elektrocuteren"!Om het hart niet te beschadigen, is een zeer zorgvuldige aanwending van energie nodig.Dat betekent dat de defibrillator een "goed gedragende" elektrische puls moet produceren, met een aantal goed gedefinieerde elektrische kenmerken, die ook instelbaar moeten zijn voor de specifieke patiënt.

Dit alles vereist een behoorlijke hoeveelheid elektronica.Het is veel gemakkelijker, van een POV-ontwerp met elektronica, om een circuit te bouwen dat sommige condensatoren oplaadt tot een goed gedefinieerde (hoog) spanning en ze vervolgens op een gecontroleerde manier in het lichaam te ontladen, dit alles met behulp van de energie die is opgeslagen in 'standaard' laagspanningsbatterijen die ook het hele circuit voeden.

Hoewel batterijen veel energie kunnen opslaan, kunnen ze deze niet snel genoeg afgeven om de noodzakelijke schok voor defibrillatie af te geven.Omdat condensatoren veel sneller kunnen ontladen, worden ze in plaats daarvan gebruikt nadat ze zijn opgeladen tot hoogspanning $ \ left (\ approx3000 \ mathrm {V} \ right) $.Door de juiste grootte van de condensator te selecteren, kan de sterkte van de schok worden gecontroleerd.

Dit artikel bevat meer informatie over hoe defibrillatoren werken. In feite veroorzaken de condensatoren een groot spanningsverschil tussen de elektroden, wat een krachtige schok veroorzaakt wanneer die elektroden in contact komen met het lichaam.