• Nem Talált Eredményt

Alapelvek az elektrodialízisnél

1. IRODALMI ÁTTEKINTÉS

1.2. Membránszeparáció

1.2.1. Az ionszelektív membrános eljárások

1.2.1.4. Alapelvek az elektrodialízisnél

1.2.2. ábra: A hagyományos elektrodialízis elve

1.2.1.4. Alapelvek az elektrodialízisnél

Az ionszelektív membránokkal történő elválasztási műveletben a diluátumból a koncentrátumba átszállított ionok mennyisége (∆N) egyenesen arányos a modulon áthaladó elektromos árammal (I), valamint a beépített cella párok számával (n).

∆N= η

Az anód és katód közötti elektromos áram (I) megegyezik az egyes cellákon átfolyó áram (I1, I2, I3…) összegével:

I= I1+ I2+ I3+ I4+ I5…. (1.2.1.2.) Függetlenül attól, hogy az adott membránfelületet egy vagy több cellapár beépítésével érik el, adott rendszer energiaigénye, amely ahhoz szükséges, hogy az ionokat a diluátumból a koncentrátumba szállítsa, azonos. Az energiaigényt ugyanis az áramerősség és a feszültség határozza meg.

Anód

18 Ha a kívánt felületet úgy érik el, hogy több cellapárt építenek be párhuzamosan az elektródák közé, akkor a két elektróda között nagy feszültségesést mérhetünk, az áram, amely áthalad a modulon, azonban kicsi. Ha egy modulban az elválasztási felületet egy cella pár beépítésével érnénk el a két elektróda között, akkor a feszültségesés kicsi lenne, míg az áramerősség magas.

A teljes áram (I), amely a sótalanítás adott fokához szükséges, meghatározható, ha egy cellapár felületét (A) szorozzuk az áramsűrűséggel (i), tehát az egységnyi membránfelületen áthaladó áramerősséggel.

I= i A (1.2.1.3.) Fontos paraméterek elektrodialízisnél az ionszelektív membránok tulajdonságai és a membránok elrendezése, ezek határozzák meg ugyanis a folyamat megvalósíthatóságát és a gazdaságosságát. Egy adott modul tervezésénél és működtetésénél figyelembe kell venni és szabályozni a diluátum oldat, a kívánt termék és maradék oldat koncentrációját.

Sok esetben a belépő oldat sótalanítását vagy koncentrálását nem tudjuk a modulon egy áthaladással elvégezni, ezért szükséges több modul sorba kapcsolása vagy ha magas termék kinyerési arányt szeretnénk elérni, a diluátum oldat visszakeringtetése.

A transzport és átviteli számok

Egy elektrolit oldatban az áramot mind a kationok, mind az anionok szállítják, de eltérő mértékben. Az ionszelektív membránban elsősorban az ellenion szállítja az áramot. Az adott ion által szállított áramhányadot transzport (Ti) és átviteli (ti) számmal adhatjuk meg az alábbi két egyenlet alapján.

Ti=

A transzport szám azt mutatja meg, hogy az i ion a teljes áram hányad részét szállítja, az átviteli szám pedig azt, hogy 1 mól elektron (Faraday) hány mól i iont szállít. Mind a transzport, mind az átviteli számok összege az oldatban 1. A kationok és anionok transzport száma az oldatban alig különbözik, egy ioncserélő membránban azonban

19 lényegesen eltér. A membránban rögzített ionok nem alkalmasak az elektromos töltések, azaz az elektromos áram szállítására, ezért transzport számuk 0.

A membránban mozgó, ellentétes töltésű ionok koncentrációja a rögzített ionok koncentrációjától és a membránnal érintkező elektrolit oldat koncentrációjától függ.

Amennyiben az azonos töltésű ionok teljesen ki vannak zárva a membránból, akkor az ellentétes töltésű ionok transzport száma a membránban 1.

Az áramkihasználás

A membránmodulon átfolyó áramnak nem a teljes mennyisége fordítódik a betáplált oldat sótalanítására, mivel:

- a membránok nem tökéletesen szelektívek - több párhuzamos áramútvonal lehet a modulban

- ozmózis és elektroozmózis hatására víz léphet át a membránon

- magas áramsűrűség és alacsony sókoncentráció esetén hidrogén és hidroxil ionok képződhetnek és szállíthatják az áramot

Az áramkihasználás (η) meghatározható az eltávolított ionokhoz szükséges elméleti áram (QE) és a modulon ténylegesen alkalmazott áram (Q) arányával [Yu et al. 1999].

η=

Ahol m a t időpontig átszállított anion vagy kation mólban kifejezett mennyisége, F a Faraday állandó (96500 C/mól), n a beépített cellák száma, míg I a t időpontig az

a diluátum oldat kezdeti és végkoncentrációja és Vd a diluátum oldat térfogata.

20 1.2.1.5. Ionszelektív membránok jellemzése

Az ionszelektív membránok tulajdonságait döntően az előállításuk módja határozza meg. A membránok legfontosabb tulajdonságai az alábbiak [Mizutani 1990], [Strathmann 1992]:

• a membrán elektromos ellenállása eltérő koncentrációjú elektrolit oldatokban.

A membrán elektromos ellenállása az elektrodialízis energiaszükségletét befolyásolja.

Általában a membránnak kisebb az ellenállása, mint a diluátumnak, mert a membránban magas az ionkoncentráció. Egy membrán elektromos ellenállását annak ioncserélő kapacitása és az ionmozgékonyság határozza meg. A membrán mátrixában az ion mozgékonysága pedig a töltésétől, az ion méretétől és a membrán víztartalmától függ.

• permszelektivitása az azonos és ellentétes töltésű ionokkal szemben.

A membrán töltésével azonos töltésű ionok transzport hányadosa alacsony a Donnan kizárás miatt, míg az ellentétes töltésű ionoké magas. Az ellentétes töltésű ionok koncentrációja a membránban rögzített ionokéval közel azonos, amit az elektrosztatikus hatások, vagyis „az elektroszelektívitás” [Helfferich 1962] határoz meg.

Az ion mozgékonyságát (1.2.2. táblázat) a membránban az ion hidratált formájának átmérője és a membránstruktúra határozza meg. Az egyes ionok mobilitása vizes oldatban alig tér el, két kivétellel: a H+ és OH ionok esetében. Ezeknek az ionoknak a mobilitása jóval nagyobb, mint a többi ioné a víz speciális tulajdonsága miatt. E kivételesen nagy értékeket az okozza, hogy a H3O+ és a OH- ionok egy-egy hidrogénhíd végéhez csatlakozva elveszthetik a töltésüket, mely a hidrogénhídon annak túlsó végére vándorol s az ott álló vízmolekulából hoz létre egy új H3O+ illetve OH- iont. Így ezen ionok fizikai elmozdulás nélkül is vezetik az áramot. Az olyan egyvegyértékű, kisméretű ionoknak, mint a Na+ és a Li+ alacsonyabb a mobilitása a kisebb hidrát burok miatt összehasonlítva például a több vegyértékű Ca2+ és SO42- ionokkal [Kortüm 1957].

21

1.2.2. táblázat: Az ionok mozgékonysága vízben 298 K-en

kation u

[10-8 m2s-1V-1] anion u

[10-8 m2s-1V-1]

H+ 36,23 OH- 20,64

Na+ 5,19 Cl- 7,91

Li+ 4,01 F- 5,70

K+ 7,62 Br- 8,09

Ca2+ 6,17 SO4

2-8,29

Cu2+ 5,56 CO32- 7,46

• a töltéssel nem rendelkező komponensek, legfőképp a víz vándorlása a folyamat során.

Az ozmózis és elektroozmózis [Korngold 1984], [Nikonenko et al. 1999] hatására indulhat meg a töltéssel nem rendelkező komponensek vándorlása a membránon keresztül.

• a mechanikai stabilitása.

A stabilitás meghatározására a mechanikai stabilitási vizsgálatok alkalmasak, amelyek a membrán tárolásához és használatához szolgáltatnak információt. A szakítószilárdság görbén (1.2.3. ábra) látható, hogy alacsony feszültségnél a membrán elasztikus deformációt mutat, majd a következő szakaszban, nagyobb feszültségnél plasztikus deformációt. Egy bizonyos pontot elérve aztán elszakad a membrán.

1.2.3. ábra: Szakítószilárdság görbe

• a duzzadási képessége.

A membránok duzzadási képessége egyrészt a membrán anyagától (a membrán polimer és az ioncserélő csoportok tulajdonságai és a csoportok koncentrációja, a keresztkötések

22 sűrűsége, a membrán homogenitása), másrészt a membránt körülvevő oldattól függ [Escoubes et al. 1982], [Falk 1982], [Komoroski et al. 1982]. Elsősorban az oldat koncentrációja van hatással a membrán víztartalmára az ozmotikus hatások miatt, amely közvetlen kapcsolatban áll a membránban és az oldatban található víz kémiai potenciál különbségével. A membránban található víz egy része szabad víz formájában van jelen, míg másik része erősen vagy gyengén kötött a membrán mátrixban [Davis et al. 2001].

• a kémiai stabilitása.

A gazdaságos működtetés feltétele, hogy a membrán oxidatív anyagok jelenléte esetén, különböző pH és hőmérsékleti értékek mellett is hosszú élettartamú legyen. A membrán összetétele, elektrokémiai és mechanikai tulajdonságai - például az alap polimer degradációja, újra kristályosodása vagy öregedése a vízveszteség miatt, illetve a rögzített töltések csökkenése az ioncserélő csoportok lehasadása miatt - határozzák meg a stabilitás mértékét.

• eltömődés.

Az elektrodialízis hatásfokát leginkább a szuszpendált vagy kolloid anyagok (szerves savak, polielektrolitok) csökkentik [Grebenyuk et al. 1999], [Lindstrand et al. 2000]. A szerves anionok nemcsak sav formájában tudnak kicsapódni az anionszelektív membránon, hanem ha elég kisméretűek, beszivárognak a membránba és alacsony elektronmobilitásuk miatt a membrán ellenállását nagyon megnövelik.

A membránmérgezés elkerülésére, ezért kifejlesztette ki az Ionic Incorporated [Mc Rae 1983], [Meller 1984], [Siwak 1992] a megfordítható elektrodialízist, melynél az elektromos mező polaritását bizonyos időközönként megváltoztatják az oldatok áramlásával együtt (pl.: a diluátum cella koncentrátum lesz és fordítva). Ezzel az eljárással 1-3 %-kal csökken a kihozatal.

1.2.1.6. Tömegáram az elektrodialízis modulban

Egy elektrodialízis modul több egyforma, párhuzamosan beépített cellapárból áll. A tömegáramot egy elektrodialízis cellapárban a tömegegyensúly határozza meg.

Feltétele, hogy a belépő oldatból (diluátum) eltávolított összes komponens átvándorol a koncentrátum oldatba. A tömegáramot lapmodulnál egy cellapár esetén a 1.2.4. ábra mutatja. A két belépő oldat koncentrációját Csbc (belépő koncentrátum) és Csbd

-vel (belépő diluátum) jelöltem, míg a cella tetején kilépő koncentrációkat Csc-vel (kilépő koncentrátum) és Csd-vel (kilépő diluátum).

23 Az egyszerűsítés miatt feltételezzük, hogy az egyes cellák geometriájukban azonosak és az áramlás egyirányú azonos hidrodinamikai feltételek mellett. Ez a legtöbb kereskedelemben kapható elektrodialízis egységre fennáll. A diluátum és koncentrátum cellák esetén ez azért is fontos, mert így azonos lesz a nyomásesés a cellákban és elkerülhető a nyomáskülönbség a koncentrátum és diluátum oldatok között, ami hidraulikus áramlást idézhet elő. Csökkenti a folyamat áramkihasználását, ha a két oldat között nagy a koncentrációkülönbség.

1.2.4. ábra: A tömegáram elvi ábrája egy elektrodialízis cellában

Az elektromos áram a membránokra merőlegesen áramlik, ezért a z koordináta irányában a sókoncentráció felváltva, az egymás melletti cellákban nő és csökken. Z irányban a feszültségkülönbség és a két oldat eltérő koncentrációjának hatására migráció és diffúzió indul meg.

Az oldatok a membránokkal párhuzamosan, az x koordináta irányában áramlanak, ebben az irányban is kialakul koncentráció különbség, azonban az áramlást nagyrészt a hidrosztatikai nyomáskülönbség hatására fellépő konvekció jellemzi, a mellette fellépő diffúzió elhanyagolhatóan kicsi.

Az elektromos potenciál- és elektrolit koncentráció különbség hatására jön létre a tömegáram. Az elektromos potenciál és koncentráció különbséget z irányban a 2.2.5.

ábra mutatja, egy elektrodialízis cellában.

Az ábra egy cellapár keresztmetszetét mutatja x távolságban a cellabemenettől. Adott pontban feltételezzük, hogy az oldatok a cellákban tökéletesen kevertek és a

24 koncentráció a főtömegben azonos, csak a két határrétegben különbözik. A határrétegben az áramlás lamináris, ezért az ellentétes töltésű ionok gyorsabban áramlanak a membránon keresztül, mint az oldatban. Az ionkoncentráció ezért a diluátum oldat határrétegében a membrán felé haladva csökken, míg a koncentrátumban nő. Egy tökéletesen permszelektív ionos töltésű membránban a mozgó ionok és a rögzített ionok koncentrációja megegyezik. Az áramlások az oldatban és a membránban egymást követő folyamatok, így azonos nagyságúak, habár a hajtóerők eltérőek, mivel az elektromos ellenállás különböző a membránban és az oldatokban.

1.2.5. ábra: A z koordináta irányában mért sókoncentráció és elektromos potenciál profilja

A feszültségkülönbséget a cellapárban ugyancsak a 1.2.5 ábra mutatja. A feszültségesést a cellában a membránok felületi Donnan-potenciáljai és a membránok, oldatok elektromos ellenállása miatti feszültségesés alkotja. A Donnan potenciálok miatti feszültségesés elektromotoros erőt jelent és nem hat hajtóerőként a tömegáramra, mindazonáltal az alkalmazott elektromos potenciálnak le kell győznie.

Az iontranszportot az ionszelektív membránon keresztül az alábbi képlettel írhatjuk le [Krol 1997]:

Ji= v Ci − Di

dx dci

RT

D C F zi i i

dt

dU (1.2.1.10)

Ahol Ji az i komponens fluxusa, v a konvektív transzport sebessége, C a

25 koncentráció, D a diffúziós koefficiens, x a koordináta iránya, z az elektrokémiai töltés, F a Farady állandó, R a gázállandó, T a hőmérséklet és U az elektromos potenciál. Az egyenletben a konvektív rész elhanyagolható, mert az ionszelektív membránok nem pórusosak és így a 2.2.1.10 egyenlet megegyezik a Nernst-Planck egyenlettel, amelyben az ionvándorlást a diffúzióval és migrációval írják le.

1.2.1.7. Anyagmérleg az áramló diluátum és koncentrátum oldatokban

A sótalanítás mértékét egy elektrodialízis készülékben a betáplált oldatból az összes eltávolított és a koncentrátumba átszállított ion mennyisége határozza meg. A különböző koncentrációk leírhatók anyagmérleggel, amely figyelembe veszi az áramlási sebességet a diluátum és koncentrátum cellákban és a modulon átfolyó elektromos áramot:

(Csbc áramlási sebességét, míg a k a kationt jelöli.

Az anyagáramot a cellapárban a migráció és konvekció okozza. Az ionok migrációja az elektromos potenciálkülönbség hatására arányos a modulon átfolyó elektromos árammal. Az ionokra gyakorolt hajtóerő, vagyis az elektromos potenciálkülönbség nem változik x irányban a cellába történő belépéstől a kilépésig. Ezért az oldat ellenállása és az áramsűrűség is hasonlóan változik. Az ellenállás a koncentrátumban csökken, a diluátumban pedig nő.

1.2.1.8. Koncentráció polarizáció és határáram-sűrűség

A membrán modulon átfolyó elektromos áramot, mind az anionok, mind a kationok szállítják. A szállítás mértéke az átviteli számuktól függ, amely vizes oldatokban kevésbé tér el a kétfajta ionnál. Az ionszelektív membránokban az áramot az ellentétes töltésű ionok szállítják, átviteli számuk ezért közel 1.

Az elektrodialízisnél a szeparációt az ionoknak a membránban és az oldatban eltérő transzport száma teszi lehetővé. Egy anionszelektív membrán diluátum oldali felületén

26 az ionok koncentrációja lecsökken, mert az anionok transzport száma kisebb az oldatban, mint a membránban. Tehát a membránon át sokkal gyorsabb az anionok migrációja, mint a főtömegből a membrán felületére.

Az elektroneutralitás elve miatt nemcsak az anionok, hanem a kationok száma is csökken a határrétegben, illetve az anionnak a membránban és az oldatban eltérő átviteli száma miatt. Ennek következtében koncentrációkülönbség alakul ki a jól kevert főáram és a membrán felülete között, ami diffúziv elektrolittranszportot eredményez. Ez a helyzet állandósul, ha az egyensúly fenntartásához szükséges további ionok, gyorsabban átjutnak a membránon, minthogy a diffúzió a határrétegbe szállíthassa a további anionokat.

A membránnak a másik határfelületén, amely a koncentrátum oldat felé néz, magas lesz az anionok koncentrációja, mert több negatív töltésű ion áramlik át a membránon, mint amennyit az elekromos áram el tudna szállítani a határrétegből. Az itt is kialakuló koncentrációkülönbség miatt a só diffúziv áramlása indul meg a főtömeg felé.

A koncentrációkülönbség és így a diffúziv áramlás csak egy vékony határrétegben jelentkezik a membrán felületén, ugyanis a főtömeg megfelelően kevert. A modulban a diluátum és koncentrátum oldatok a párhuzamosan beépített membránok között áramlanak és a sebességi gradiens a membrán felületétől az oldatig, a csatorna közepéig tart.

Az oldatok áramlása és a távtartók miatt nemcsak a koncentráció, hanem a sebességi gradiens is csak egy vékony rétegre korlátozódik a membrán felületén.

A 1.2.6. ábrán egy kationszelektív membrán látható. A kationokat a membránon keresztül migráció szállítja (JkMIG). Az anionok többé-kevésbé ki vannak zárva a kationszelektív membránból, elhanyagolható a migrációjuk és diffúziójuk a membránban. A határrétegbe mind a kationok, mind az anionok migrációval jutnak el, de természetesen ellentétes irányba mozogva. Az így kialakult koncentrációkülönbség a só diffúzióját idézi elő (JsDIFF). A diluátum oldalon a diffúziv áramlás a membrán felé, míg a koncentrátum oldalon a főtömeg felé indul meg.

27

1.2.6. ábra: Határréteg kationszelektív membránnál

A jól kevert főtömegben az ionok vándorlása migrációval történik, mert a membránra merőlegesen nem alakul ki koncentráció különbség. Az eltérő ionáramlás miatt a diluátum oldali határrétegben a sókoncentráció lecsökken, míg a koncentrátum oldalon megnő. Az ábrán J a fluxust, C a koncentrációt jelöli, a MIG és DIFF a migrációt és diffúziót rövidíti, a d és c betűk a diluátum és koncentrátum oldatokat jelölik, F és m a főtömeget és a membránfelületet, míg az k és a a kationt és aniont.

A koncentráció polarizáció elektrodialízisnél a membrán határfelületén kialakuló iontöbbletet, illetve -hiányt jelenti [Forgacs et al. 1972], [Grossman et al. 1973], [Aguilella et al. 1991]. Ha a koncentráció polarizáció miatt a koncentrátumban az oldat összetevői túllépik az oldhatósági határt, a sókiválás az elektromos ellenállást növelheti és károsíthatja a membránt.

A koncentráció polarizáció a Nernst-film modellel írható le, amely a két membrán határréteg között egy főtömeget feltételez [Taky et al. 1992]. A főtömeg megfelelően kevert, minden pontban azonos koncentrációjú, míg a határréteg vastagsága változó. A modell állandósult állapot esetén a főtömegben a hajtóerőt csak az elektromos potenciálkülönbségnek tulajdonítja, míg a határrétegben a koncentrációgradiens plusz hajtóerőként hat. A modell feltételezi továbbá, hogy az áramlási csatornában a határréteg vastagsága és az oldatban a koncentrációgradiens állandó és minden pontban azonos az oldat viszkozitása, a gyakorlatban ezzel szemben a csatornában változik a koncentrációgradiens és a viszkozitás.

Amennyiben a koncentráció polarizáció miatt a diluátumban a sókoncentráció a

28 szállítja. A határrétegben ezért nagy lesz a feszültségesés, aminek hatására jelentősen nő az energiafelvétel és az elektromos mezőben megindul a vízbomlás [Spiegler 1971]. A vízbomlás miatt az áramkihasználás csökken és a pH megváltozik, a koncentrátum oldali anionszelektív membránfelületen a pH nő, a kationszelektív membránfelületen csökken. A pH növekedés miatt a több vegyértékű ionok kiválhatnak a membrán felületén, míg a pH csökkenés a membránokat károsíthatja [Tanaka 2002].

A gyakorlatban a koncentráció polarizáció hatásai csökkenthetők, a vízbomlás elkerülhető. Adott rendszer esetén a koncentráció polarizációt az áramsűrűség, vagy a lamináris határréteg csökkentésével lehet minimalizálni.

A határréteget a hidrodinamikai áramlási feltételek határozzák meg, amit ha állandó értéken tartunk, elérjük az áramsűrűség maximumát az elektromos potenciál gradienstől függetlenül. Amennyiben a sókoncentráció a diluátum oldali membránfelületen eléri a nullát, az áramsűrűség eléri a maximumát, amit határáram-sűrűségnek nevezünk, tehát transzport száma a membránban és az oldatban, z a kation töltése, bCod a sókoncentráció a jól kevert főtömegben és ∆z a határréteg vastagsága.

Ha az áram határértékét átlépjük, nem a sóionok, hanem egyéb ionok továbbítják az áramot a sómentes határrétegben, például a víz disszociációja során keletkező H+ és OH ionok is képesek szállítani az áramot. Először azt feltételezték, hogy a hidroxil és oxóniumionok migrációja hatására indul meg a határérték fölött az áram, de az újabb tanulmányok szerint, nemcsak a disszociált vízionok, hanem a sóionok is szállítják az elektromos áramot, melynek oka még nem tisztázott. Az elektroozmózis, amely során víz képes áthaladni a membránon, hatékonyan csökkentheti a diffúziós réteget, ez is magyarázza a túláram jelenségét.

A lamináris határréteg vastagságát jellemzően a cella elrendezése, a hőmérséklet, az oldat viszkozitása, az áramlási sebesség és a membránok helyzete határozza meg [Mafé et al. 1988], [Huang et al. 1988], [Kitamoto et al. 1971], amit a gyakorlatban nehéz megállapítani, ezért a tömeg transzfer hányadost használják a határréteg vastagságának és a diffúziós koefficiens hányadosának kifejezésére:

kos

= z Do

∆ (1.2.1.13)

29 A tömeg transzfer koefficiens a Schmidt és Reynolds számok, valamint az áramlási sebesség függvénye.

A határáram-sűrűség ezzel az állandóval kifejezve:

ilim=

1.2.1.9. A határáram-sűrűség kísérleti meghatározása

Mivel összetett feladat a távtartó hidrodinamikai helyzetét egy elektrodialízis cellában meghatározni és a tömegáramot a határrétegben kiszámolni, ezért az alábbi tapasztalati képletet használják a határáram-sűrűség leírására:

ilim=a’ u’b’ Csd (1.2.1.15)

Ahol Csd a diluátum oldat koncentrációja, u’ az oldat lineáris áramlási sebessége a membránok felületével párhuzamosan, a’ és b’ karakterisztikus állandók adott membránkonfiguráció esetén, kísérletileg kell őket meghatározni. Az állandók meghatározása úgy történik, hogy mérik a határáram-sűrűséget és a betáplált oldatban a só mennyiségét a betáplált oldat áramlási sebességének függvényében állandó értéken tartják. Mivel a lamináris határréteg igen vékony, első megközelítésben a diluátum oldali koncentráció megegyezik a főtömeg koncentrációjával: Csd≈b’ Csd.

A határáram-sűrűség az alkalmazott feszültség függvényében mért áramerősséggel határozható meg.

1.2.7. ábra: Határáram-sűrűség meghatározása

Egy kationszelektív membrán esetén jelöli a 1.2.7. ábra a határáram-sűrűséget egy

30 0,05 mólos NaCl oldatban. Az áramerősség-feszültség görbe első szakaszában az áramerősség közel lineáris növekedését láthatjuk, ha a feszültséget körülbelül 0,23 V-ig növeljük. Ebben a szakaszban a cella ellenállása közel konstans, az áramsűrűség többé-kevésbé az alkalmazott feszültséggel nő Ohm törvénye szerint. Amint egy bizonyos

30 0,05 mólos NaCl oldatban. Az áramerősség-feszültség görbe első szakaszában az áramerősség közel lineáris növekedését láthatjuk, ha a feszültséget körülbelül 0,23 V-ig növeljük. Ebben a szakaszban a cella ellenállása közel konstans, az áramsűrűség többé-kevésbé az alkalmazott feszültséggel nő Ohm törvénye szerint. Amint egy bizonyos