(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状をなす電極構造体（７）と、その電極構造体（７）を挟着する第１および第２セパレータ（８，９）とよりなり、前記電極構造体（７）は、固体高分子電解質膜（１０）と、その固体高分子電解質膜（１０）を挟む第１および第２電極層（１１，１２）と、両電極層（１１，１２）の外側にそれぞれ配置される第１および第２拡散層（１３，１４）とを有し、前記第１セパレータ（８）は前記電極構造体（７）の前記第１拡散層（１３）側の面と協働して燃料ガス（Ｈ）および酸化ガス（Ａ）の一方のガス（Ｈ）を流す第１のガス通路（ＰＨ）を形成し、また前記第２セパレータ（９）は前記電極構造体（７）の前記第２拡散層（１４）側の面と協働して前記燃料ガス（Ｈ）および前記酸化ガス（Ａ）の他方のガス（Ａ）を流す第２のガス通路（ＰＡ）を形成する固体高分子型燃料電池において、
前記固体高分子電解質膜（１０）は前記第１拡散層（１３）ならびに前記第１および第２電極層（１１，１２）の周囲から食出している第１の食出し部（１５）を有し、前記第２拡散層（１４）は前記第２電極層（１２）の周囲から食出して前記第１の食出し部（１５）に対向する第２の食出し部（１６）を持つように形成されていて、それら第１および第２の食出し部（１５，１６）間は、それらの全周に亘り接着剤硬化層（１７）を介して接合されると共にその第２の食出し部（１６）は接着剤浸透硬化状態にあり、前記第１の食出し部（１５）表面の一部には前記一方のガス（Ｈ）の導入区域（ａ３）および導出区域（ａ４）が設定されていて、前記第１セパレータ（８）のシール部（２７）が前記第１のガス通路（ＰＨ）を形成すべく前記導入区域（ａ３）および前記導出区域（ａ４）を除いて前記第１の食出し部（１５）表面に密着しており、また前記第２の食出し部（１６）表面の一部には前記他方のガス（Ａ）の導入区域（ａ１）および導出区域（ａ２）が設定されていて、前記第２セパレータ（９）のシール部（２１）が前記第２のガス通路（ＰＡ）を形成すべく、前記導入区域（ａ１）および前記導出区域（ａ２）を除いて前記第２の食出し部（１６）表面に密着しており、前記接着剤硬化層（１７）に囲まれる前記第２電極層（１２）はその接着剤硬化層（１７）から離隔すると共にその第２電極層（１２）の外周縁部は前記第１電極層（１１）の外周縁部と前記固体高分子電解質膜（１０）を挟んで食違っていることを特徴とする固体高分子型燃料電池。
【請求項２】
板状をなす電極構造体（７）と、その電極構造体（７）を挟着する第１および第２セパレータ（８，９）とよりなり、前記電極構造体（７）は、固体高分子電解質膜（１０）と、その固体高分子電解質膜（１０）を挟む第１および第２電極層（１１，１２）と、両電極層（１１，１２）の外側にそれぞれ配置される第１および第２拡散層（１３，１４）とを有し、前記第１セパレータ（８）は前記電極構造体（７）の前記第１拡散層（１３）側の面と協働して燃料ガス（Ｈ）および酸化ガス（Ａ）の一方のガス（Ｈ）を流す第１のガス通路（ＰＨ）を形成し、また前記第２セパレータ（９）は前記電極構造体（７）の前記第２拡散層（１４）側の面と協働して前記燃料ガス（Ｈ）および前記酸化ガス（Ａ）の他方のガス（Ａ）を流す第２のガス通路（ＰＡ）を形成する固体高分子型燃料電池において、
前記固体高分子電解質膜（１０）は前記第１拡散層（１３）ならびに前記第１および第２電極層（１１，１２）の周囲から食出している第１の食出し部（１５）を有し、前記第２拡散層（１４）は前記第２電極層（１２）の周囲から食出して前記第１の食出し部（１５）に対向する第２の食出し部（１６）を持つように形成されていて、それら第１および第２の食出し部（１５，１６）間は、それらの全周に亘り接着剤硬化層（１７）を介して接合されると共にその第２の食出し部（１６）は接着剤浸透硬化状態にあり、前記第１の食出し部（１５）表面の一部には前記一方のガス（Ｈ）の導入区域（ａ３）および導出区域（ａ４）が設定されていて、前記第１セパレータ（８）のシール部（２７）が前記第１のガス通路（ＰＨ）を形成すべく前記導入区域（ａ３）および前記導出区域（ａ４）を除いて前記第１の食出し部（１５）表面に密着しており、また前記第２の食出し部（１６）表面の一部には前記他方のガス（Ａ）の導入区域（ａ１）および導出区域（ａ２）が設定されていて、前記第２セパレータ（９）のシール部（２１）が前記第２のガス通路（ＰＡ）を形成すべく、前記導入区域（ａ１）および前記導出区域（ａ２）を除いて前記第２の食出し部（１６）表面に密着していることを特徴とする固体高分子型燃料電池。
【請求項３】
前記接着剤硬化層（１７）に囲まれる前記第２電極層（１２）はその接着剤硬化層（１７）から離隔すると共にその第２電極層（１２）の外周縁部は前記第１電極層（１１）の外周縁部と前記固体高分子電解質膜（１０）を挟んで食違っていることを特徴とする、請求項２に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項４】
前記第１拡散層（１３）は、前記第１電極層（１１）の周囲から食出している第３の食出し部（１８）を有し、その第３の食出し部（１８）および前記固体高分子電解質膜（１０）間はそれらの全周に亘り接着剤硬化層（１９）を介して接合されると共にその第３の食出し部（１８）は接着剤浸透硬化状態にあり、前記第２拡散層（１４）側の前記接着剤硬化層（１７）および前記第２の食出し部（１６）は前記第１拡散層（１３）側の前記接着剤硬化層（１９）と前記固体高分子電解質膜（１０）を挟んで対向するように形成されていて、前記第１セパレータ（８）のガス通路形成部（２６）の一部分が前記第１拡散層（１３）の前記第３の食出し部（１８）にその全周に亘って、また前記第２セパレータ（９）のガス通路形成部（２０）の一部分が前記第２拡散層（１４）の前記第２の食出し部（１６）にその全周に亘ってそれぞれ密着しており、前記第１電極層（１１）はそれを囲む前記接着剤硬化層（１９）から離隔していることを特徴とする、請求項２に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項５】
前記第２の食出し部（１６）は、前記導入区域（ａ１，ａ３）および前記導出区域（ａ２，ａ４）のうちの少なくとも１つの区域（ａ１〜ａ４）に対応する部分が接着剤浸透硬化状態にあることを特徴とする、請求項１〜４の何れかに記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項６】
前記第２の食出し部（１６）は、その全周に亘って接着剤浸透硬化状態にあることを特徴とする、請求項１〜４の何れかに記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項７】
固体高分子電解質膜（１０）と、その固体高分子電解質膜（１０）を挟む第１及び第２電極層（１１，１２）と、両電極層（１１，１２）の外側にそれぞれ配置される第１及び第２拡散層（１３，１４）とを有する電極構造体（７）であって、
前記固体高分子電解質膜（１０）は、前記第１拡散層（１３）及び前記第１電極層（１１）の周囲から食出している第１の食出し部（１５）を有し、
前記第２拡散層（１４）は、前記第２電極層（１２）の周囲から食出して前記第１の食出し部（１５）に対向し且つ少なくとも一部が接着剤浸透硬化状態にある第２の食出し部（１６）を有していることを特徴とする、固体高分子型燃料電池用の電極構造体。
【請求項８】
前記第１および第２の食出し部（１５，１６）間は、接着剤硬化層（１７）を介して接合されることを特徴とする、請求項７に記載の固体高分子型燃料電池用の電極構造体。
【請求項９】
前記第２の食出し部（１６）は、電極構造体（７）における燃料ガス（Ｈ）および酸化ガス（Ａ）の各導入区域（ａ１，ａ３）および各導出区域（ａ２，ａ４）のうちの少なくとも１つの区域（ａ１〜ａ４）に対応する部分が接着剤浸透硬化状態にあることを特徴とする、請求項７に記載の固体高分子型燃料電池用の電極構造体。
【請求項１０】
前記第２の食出し部（１６）は、その全周に亘って接着剤浸透硬化状態にあることを特徴とする、請求項７に記載の固体高分子型燃料電池用の電極構造体。
【請求項１１】
前記接着剤硬化層（１７）に囲まれる前記第２電極層（１２）は、その接着剤硬化層（１７）から離隔すると共に、その第２電極層（１２）の外周縁部は、前記第１電極層（１１）の外周縁部と前記固体高分子電解質膜（１０）を挟んで食違っていることを特徴とする、請求項７〜１０の何れかに記載の固体高分子型燃料電池用の電極構造体。
【請求項１２】
前記第１拡散層（１３）は、前記第１電極層（１１）の周囲から食出している第３の食出し部（１８）を有し、その第３の食出し部（１８）および前記固体高分子電解質膜（１０）間はそれらの全周に亘り接着剤硬化層（１９）を介して接合されると共にその第３の食出し部（１８）は接着剤浸透硬化状態にあり、前記第２拡散層（１４）側の前記接着剤硬化層（１７）および前記第２の食出し部（１６）は前記第１拡散層（１３）側の前記接着剤硬化層（１９）と前記固体高分子電解質膜（１０）を挟んで対向するように形成されていて、前記第１セパレータ（８）のガス通路形成部（２６）の一部分が前記第１拡散層（１３）の前記第３の食出し部（１８）にその全周に亘って、また前記第２セパレータ（９）のガス通路形成部（２０）の一部分が前記第２拡散層（１４）の前記第２の食出し部（１６）にその全周に亘ってそれぞれ密着しており、前記第１電極層（１１）はそれを囲む前記接着剤硬化層（１９）から離隔している、請求項７〜１０の何れかに記載の固体高分子型燃料電池用の電極構造体。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は固体高分子型燃料電池及びその燃料電池に用いられる電極構造体に関する。
【背景技術】  従来、固体高分子型燃料電池としては、板状をなす電極構造体と、その電極構造体を挟着する第１および第２セパレータとよりなり、電極構造体は、固体高分子電解質膜と、その固体高分子電解質膜を挟む第１および第２電極層と、両電極層の外側にそれぞれ配置される第１および第２拡散層とを有し、第１セパレータは電極構造体の第１拡散層側の面と協働して燃料ガスおよび酸化ガスの一方のガスを流す第１のガス通路を形成し、また第２セパレータは電極構造体の第２拡散層側の面と協働して燃料ガスおよび酸化ガスの他方のガスを流す第２のガス通路を形成するものが知られており、この場合、固体高分子電解質膜、第１、第２電極層および第１、第２拡散層の大きさはほぼ同一に形成されている（例えば、米国特許第５，１７６，９６６号明細書を参照）
しかしながら前記のように構成すると、固体高分子電解質膜の外周縁部を挟んで、第１電極層および第１拡散層の両外周縁部と、第２電極層および第２拡散層の両外周縁部とが近接するため、第１電極層側および第２電極層側から燃料ガスおよび酸化ガスが漏出した場合、それらが電極構造体回りで反応する、といった不具合を生じるおそれがある。
【発明の開示】
本発明は、漏出した燃料ガスおよび酸化ガスの電極構造体回りでの反応といった不具合を回避し得る前記固体高分子型燃料電池及びその燃料電池用の電極構造体を提供することを目的とする。
前記目的を達成するため本発明の第１の特徴によれば、板状をなす電極構造体と、その電極構造体を挟着する第１および第２セパレータとよりなり、前記電極構造体は、固体高分子電解質膜と、その固体高分子電解質膜を挟む第１および第２電極層と、両電極層の外側にそれぞれ配置される第１および第２拡散層とを有し、前記第１セパレータは前記電極構造体の前記第１拡散層側の面と協働して燃料ガスおよび酸化ガスの一方のガスを流す第１のガス通路を形成し、また前記第２セパレータは前記電極構造体の前記第２拡散層側の面と協働して前記燃料ガスおよび前記酸化ガスの他方のガスを流す第２のガス通路を形成する固体高分子型燃料電池において、前記固体高分子電解質膜は前記第１拡散層ならびに前記第１および第２電極層の周囲から食出している第１の食出し部を有し、前記第２拡散層は前記第２電極層の周囲から食出して前記第１の食出し部に対向する第２の食出し部を持つように形成されていて、それら第１および第２の食出し部間は、それらの全周に亘り接着剤硬化層を介して接合されると共にその第２の食出し部は接着剤浸透硬化状態にあり、前記第１の食出し部表面の一部には前記一方のガスの導入区域および導出区域が設定されていて、前記第１セパレータのシール部が前記第１のガス通路を形成すべく前記導入区域および前記導出区域を除いて前記第１の食出し部表面に密着しており、また前記第２の食出し部表面の一部には前記他方のガスの導入区域および導出区域が設定されていて、前記第２セパレータのシール部が前記第２のガス通路を形成すべく、前記導入区域および前記導出区域を除いて前記第２の食出し部表面に密着している固体高分子型燃料電池が提供される。
第１および第２セパレータならびに固体高分子電解質膜はそれぞれ気密性であり、一方、第１および第２拡散層ならびに第１および第２電極層はそれぞれ通気性である。そこで、第１セパレータのシール部を、固体高分子電解質膜における第１の食出し部の表面に、それの導入区域および導出区域を除いて密着させると、第１セパレータのシール部よりも内側の第１のガス通路が外部に対して密閉されて一方のガスの漏出が確実に防止される。この場合、第１の食出し部、接着剤硬化層および接着剤浸透硬化状態にある第２の食出し部は、第１および第２セパレータの両シール部により挟圧されてもへたることはなく、したがって前記密閉状態を長期に亘って維持することができる。よって、第２の食出し部を通じて他方のガスが漏出しても一方のガスと出会うことはなく、漏出した燃料ガスおよび酸化ガスの電極構造体回りでの反応を回避し得る。
また本発明の第２の特徴によれば、前記第１の特徴に加えて、前記接着剤硬化層に囲まれる前記第２電極層はその接着剤硬化層から離隔すると共にその第２電極層の外周縁部は前記第１電極層の外周縁部と前記固体高分子電解質膜を挟んで食違っている固体高分子型燃料電池が提供される。
固体高分子電解質膜において、第１および第２電極層の外周縁部が当接する部分は応力集中部分となり、両電極層の外周縁部が合致していると、前記膜の両面側に発生したクラックが繋ってその膜を損傷することになるが、前記のように両電極層の外周縁部を食違わせると前記のような問題を生じることがない。
また前記のように第２電極層は接着剤硬化層から離間していると、その接着剤硬化層形成時において、接着剤成分が第２電極層に浸入してその機能を損うようなことはない。
また本発明の第３の特徴によれば、前記第１の特徴に加えて、前記第１拡散層は、前記第１電極層の周囲から食出している第３の食出し部を有し、その第３の食出し部および前記固体高分子電解質膜間はそれらの全周に亘り接着剤硬化層を介して接合されると共にその第３の食出し部は接着剤浸透硬化状態にあり、前記第２拡散層側の前記接着剤硬化層および前記第２の食出し部は前記第１拡散層側の前記接着剤硬化層と前記固体高分子電解質膜を挟んで対向するように形成されていて、前記第１セパレータのガス通路形成部の一部分が前記第１拡散層の前記第３の食出し部にその全周に亘って、また前記第２セパレータのガス通路形成部の一部分が前記第２拡散層の前記第２の食出し部にその全周に亘ってそれぞれ密着しており、前記第１電極層はそれを囲む前記接着剤硬化層から離隔している固体高分子型燃料電池が提供される。
前記のように構成すると、第３の食出し部、それに隣接する接着剤硬化層、固体高分子電解質膜、それに隣接する接着剤硬化層および第２の食出し部よりなる被挟着部、つまり両セパレータにより挟着される電極構造体の被挟着部のへたりを防止して、電極構造体の積層構造を長期に亘り維持することができる。
また第１電極層は接着剤硬化層から離間しているので、その接着剤硬化層形成時において、接着剤成分が第１電極層に浸入してその機能を損うようなことはない。
また本発明の第４の特徴によれば、前記第１の特徴に加えて、前記第２の食出し部は、前記導入区域および前記導出区域のうちの少なくとも１つの区域に対応する部分が接着剤浸透硬化状態にある固体高分子型燃料電池が提供される。
前記構成によれば、前記第２の食出し部は、前記導入区域および前記導出区域のうちの少なくとも１つの区域に対応する部分の剛性・強度が、該部分が接着剤浸透硬化状態にあることにより効果的に高められ、従って、該部分が変形してこれと対応する区域のガス流路を閉塞したり狭めたりするのを効果的に防止できる。
【図面の簡単な説明】  図面は、本発明の一実施例を示すものであって、図１は、スタックの側面図、図２は、図１の２−２線断面図であって図３の２矢視図に相当するものである。また図３は、図２の３−３線断面図、図４は、図２の４−４線断面図であって図９の４−４線断面図に相当するものである。また図５は、図２の５−５線断面図、図６は電極構造体の平面図、図７は、図６の７−７線断面図、図８は、図６の８−８線断面図、図９は、図３の９−９矢視図、図１０は、空気の流通状態を示す説明図であって図９に対応する。また図１１は、図３の１１−１１線断面図、図１２は、水素の流通状態を示す説明図であって図１１に対応する。また図１３は、図３の１３−１３線断面図、図１４は、図３の１４−１４線断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】  本発明の実施の形態を、添付図面に例示した本発明の実施例に基づいて以下に具体的に説明する。
先ず、図１は、スタック１の概略を示すもので、そのスタック１は、平面四角形の複数の固体高分子型燃料電池（以下、セルと言う）２を積み重ねてなる集合体３と、その両端に当てられた２枚の端板４と、両端板４に通された複数のボルト５と、それらボルト５の両端板４から突出する雄ねじ部にねじ込まれた複数のナット６とを有する。各セル２は同一構造を有し、図２〜５に示すように、板状をなす電極構造体７と、その電極構造体７を挟着する上側の第１セパレータ８および下側の第２セパレータ９とよりなる。
図６〜８に明示するように、電極構造体７は、気密性固体高分子電解質膜１０と、その固体高分子電解質膜１０を挟む上側の通気性第１電極層１１および下側の第２電極層１２と、両電極層１１，１２の外側にそれぞれ配置される上側の通気性第１拡散層１３および下側の通気性第２拡散層１４とを有する。固体高分子電解質膜１０は、例えば芳香族炭化水素系高分子イオン交換成分であるＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）スルホン化物より構成されている。第１電極層（例えばアノード）１１は、Ｐｔ−Ｒｕ担持カーボン粒子の集合体とバインダであるフッ素樹脂系イオン交換成分（例えば、商標名ナフィオン）とよりなる。第２電極層（例えばカソード）１２は、Ｐｔ担持カーボン粒子の集合体とバインダであるフッ素樹脂系イオン交換成分（例えば、商標名ナフィオン）とよりなる。第１、第２拡散層１３，１４はカーボンペーパよりなる。
固体高分子電解質膜１０は第１拡散層１３および第１、第２電極層１１，１２の周囲から食出している第１の食出し部１５を有し、また第２拡散層１４は第２電極層１２の周囲から食出して第１の食出し部１５に対向する第２の食出し部１６を持つように形成されている。それら第１および第２の食出し部１５，１６間は、それらの全周に亘り無端状接着剤硬化層１７を介して接合されると共にその第２の食出し部１６はその全周に亘り接着剤浸透硬化状態にある。接着剤としてはフッ素系接着剤（例えば、スリーボンド社製、商品名ＴＢ１１１６）が用いられる。
また第１拡散層１３は、第１電極層１１の周囲から食出している第３の食出し部１８を有し、その第３の食出し部１８および固体高分子電解質膜１０間はそれらの全周に亘り、前記同様の接着剤よりなる無端状接着剤硬化層１９を介して接合されると共にその第３の食出し部１８はその全周に亘り接着剤浸透硬化状態にある。第２拡散層１４側の接着剤硬化層１７および第２の食出し部１６は第１拡散層１３側の接着剤硬化層１９と固体高分子電解質膜１０を挟んで対向するように形成されている。
一方の接着剤硬化層１７に囲まれる第２電極層１２はその接着剤硬化層１７から離隔し、また他方の接着剤硬化層１９に囲まれる第１電極層１１はその接着剤硬化層１９から離隔している。また第１電極層１１の面積は第２電極層１２のそれよりも大であり、したがって、第１電極層１１の外周縁部は第２電極層１２の外周縁部と固体高分子電解質膜１０を挟んで食違っている。
図９に明示するように、第２セパレータ９は、ステンレス鋼板よりなるガス通路形成部２０と、その周辺領域に、その両面を覆うように密着するエチレンプロピレン系ゴムよりなるシール部２１とを有する。図４，１０にも示すように、シール部２１において電極構造体７と対向する側の上側シール構成部分２２は第２の食出し部１６表面、つまり下向きの表面外周域に密着し、その内周側において第２拡散層１４およびガス通路形成部２０間に燃料ガスおよび酸化ガスの一方のガス、実施例では酸化ガスとしての空気（酸素）Ａを流す空気通路（第２のガス通路）ＰＡが形成される。ただし、第２の食出し部１６の下向き表面の一部、つまり対角位置には空気の導入区域ａ１および導出区域ａ２が設定されていて、それらの区域ａ１，ａ２には上側シール構成部分２２は存在しない。導入区域ａ１の外側においてガス通路形成部２０および下側シール構成部分２３に一連に貫通孔が形成されており、その貫通孔の上側口縁周りは導入区域ａ１側を除いて上側シール構成部分２２によって囲まれている。この囲まれた空間および貫通孔は空気導入孔（ガス導入孔）２４を形成する。また導出区域ａ２の外側においてガス通路形成部２０および下側シール構成部分２３に一連に貫通孔が形成されており、その貫通孔の上側口縁周りは導出区域ａ２側を除いて上側シール構成部分２２によって囲まれている。この囲まれた空間および貫通孔は空気導出孔（ガス導出孔）２５を形成する。
図２に明示するように、第１セパレータ８は、ステンレス鋼板よりなるガス通路形成部２６と、その周辺領域に、その両面を覆うように密着するエチレンプロピレン系ゴムよりなるシール部２７とを有する。図３，１１，１２にも示すように、シール部２７において電極構成体７と対向する側の下側シール構成部分２８は第１の食出し部１５表面、つまり上向きの表面外周域に密着し、その内周側において第１の食出し部１５および第１拡散層１３と、ガス通路形成部２６との間に燃料ガスおよび酸化ガスの他方のガス、実施例では燃料ガスとしての水素Ｈを流す水素通路（第１のガス通路）ＰＨが形成される。ただし、第１の食出し部１５の上向き表面の一部、つまり空気側の対角位置とは交差する関係の対角位置には水素の導入区域ａ３および導出区域ａ４が設定されていて、それらの区域ａ３，ａ４には下側シール構成部分２８は存在しない。導入区域ａ３の外側においてガス通路形成部２６および上側シール構成部分２９に一連に貫通孔が形成されており、その貫通孔の下側口縁周りは導入空域ａ３側を除いて下側シール構成部分２８によって囲まれている。この囲まれた空間および貫通孔は水素導入孔（ガス導入孔）３０を形成する。また導出区域ａ４の外側においてガス通路形成部２６および上側シール構成部分２９に一連に貫通孔が形成されており、その貫通孔の下側口縁周りは導出区域ａ４側を除いて下側シール構成部分２８によって囲まれている。この囲まれた空間および貫通孔は水素導出孔（ガス導出孔）３１を形成する。
図３に示すように、第１セパレータ８の水素導入、導出孔３０，３１に連通するように第２セパレータに貫通孔３０ａ，３１ａがそれぞれ形成され、また図４に示すように第２セパレータ９の空気導入、導出孔２４，２５に連通するように第１セパレータ８に貫通孔２４ａ，２５ａがそれぞれ形成されている。
水素導入孔３０および水素導出孔３１は空気用の両貫通孔２４ａ，２５ａにそれぞれ隣接し、また空気導入孔２４および空気導出孔２５は水素用の両貫通孔３０ａ，３１ｂにそれぞれ隣接しているが、それら隣接しているものの間は、第１セパレータ８のシール部２７と第２セパレータ９のシール部２１とが密着することによって遮断されている。この場合、第１セパレータ８の下側シール構成部分２８において、第１食出し部１５表面に密着する内周縁領域３２と、第２セパレータ９の上側シール構成部分２９に密着する主領域３３との間には、第１の食出し部１５、接着剤硬化層１７および第２の食出し部１６よりなる積層部の厚さを吸収すべく、段差３４が付されている。
前記構造において、第１、第２セパレータ８，９および固体高分子電解質膜１０はそれぞれ気密性であり、一方、第１、第２拡散層１３，１４および第１、第２電極層１１，１２はそれぞれ通気性である。そこで、第１セパレータ８の下側シール構成部分２８を、固体高分子電解質膜１０における第１の食出し部１５の表面に、それの導入区域ａ３および導出区域ａ４を除いて密着させると、第１セパレータ８の下側シール構成部分２８よりも内側の水素通路ＰＨが外部に対し密閉されて水素Ｈの漏出が確実に防止される。この場合、第１の食出し部１５、接着剤硬化層１７および接着剤浸透硬化状態にある第２の食出し部１６は第１、第２セパレータ８，９の両シール部２１，２７により挟圧されてもへたることはなく、したがって前記密閉状態を長期に亘って維持することができる。よって、通気性を有する第２の食出し部１６を通じて空気Ａが漏出しても水素Ｈと出会うことはない。
固体高分子電解質膜１０において、第１、第２電極層１１，１２の外周縁部が当接する部分は応力集中部分となり、両電極層１１，１２の外周縁部が合致していると、前記膜１０の両面側に発生したクラックが繋ってその膜１０を損傷することになるが、前記のように両電極層１１，１２の外周縁部を食違わせると前記のような問題を生じることがない。
また第１、第２電極層１１，１２は両接着剤硬化層１９，１７からそれぞれ離隔しているので、その接着剤硬化層形成時において、接着剤成分が第１、第２電極層１１，１２に浸入してそれらの機能を損うようなことはない。
図２〜５に示すように、第１セパレータ８のガス通路形成部２６は、水素導入孔３０および空気導入孔２４が存する側から水素導出孔３１および空気導出孔２５が存する側に向って伸び、且つ上方に突出する複数の凸条３５を有する。それら凸条３５は平坦な頂面３６を有し、また互に平行で、且つ相隣るものの間の間隔は等しい。各凸条３５の下向きの長溝状中空部分３７は第１拡散層１３に臨み、且つその両端部は第１拡散層１３の両端縁よりも外側に食出している。
各凸条３５の長手方向の両側に存する平坦部分３８は第１拡散層１３の表面に密着している。これにより、第１セパレータ８のガス通路形成部２６の一部分が第１拡散層１３の第３の食出し部１８にその全周に亘って、断続的に密着することになる（この場合、連続的に密着するように構成してもよい）。
図２，１１，１２に示すように、第１の食出し部１５表面に在る水素Ｈの導入区域ａ３および水素Ｈの導出区域ａ４にそれぞれ複数のガイド通路３９を形成すべく、ガス通路形成部２６にエチレンプロピレン系ゴムよりなる複数の小凸条４０が設けられている。これらの小凸条４０は図３では省略されている。第１の食出し部１５表面側において、導入区域ａ３および内周縁領域３２と、第３の食出し部１８および接着剤硬化層１９よりなる積層部の側面との間の区域は水素Ｈを分散させる分散区域ｂである。また第１の食出し部１５表面において、導出区域ａ４および内周縁領域３２と、第３の食出し部１８および接着剤硬化層１９よりなる積層部の側面との間の区域は水素Ｈを集合させる集合区域ｃである。
図３，１１，１２において、水素導入孔３０からの水素Ｈは、導入区域ａ３→分散区域ｂ→各凸条３５の長溝状中空部分３７→集合区域ｃ→導出区域ａ４→水素導出孔３１の経路で流通する。
図３〜５，９に示すように、第２セパレータ９のガス通路形成部２０は、水素導入孔３０および空気導入孔２４が存する側から水素導出孔３１および空気導出孔２５が存する側に向って伸び、且つ上方に突出する複数の凸条４１を有する。それら凸条４１は平坦な頂面４２を有し、また互に平行で、且つ相隣るものの間の間隔は等しい。各凸条４１の長さは第１セパレータ８の各凸条３５の長さに等しく、また凸条４１の数は第１セパレータ８の凸条３５の数よりも１つ多くなるように設定されている。相隣る両凸条４１間の長溝４３は第２拡散層１４に臨み、また各凸条４１の頂面４２は第２拡散層１４に密着している。第２セパレータ９の各長溝４３および各頂面４２と、第１セパレータ８の各長溝状中空部分３７および各平坦部分３８とはそれぞれ電極構造体７を挟んで対向している。これにより第２セパレータ９のガス通路形成部２０の一部分が第２拡散層１４の第２の食出し部１６にその全周に亘って断続的に密着することになる（この場合、連続的に密着するように構成してもよい）。
さらにガス通路形成部２０には、第２の食出し部１６表面に在るガスの導入区域ａ１およびガスの導出区域ａ２にそれぞれ複数のガイド通路４４を形成すべく、エチレンプロピレン系ゴムよりなる複数の小凸条４５が設けられている。これら小凸条４５は図４では省略されている。第２の食出し部１６表面側において、導入区域ａ１側と各凸条４１の一端部側との間の区域は空気Ａを分散させる分散区域ｂである。また第２の食出し部１６表面側において、導出区域ａ２側と各凸条４１の他端部側との間の区域は空気Ａを集合させる集合区域ｃである。
図４，９，１０において、空気導入孔２４からの空気Ａは、導入区域ａ１→分散区域ｂ→各長溝４３→集合区域ｃ→導出区域ａ２→空気導出孔２５の経路で流通する。
図５において、前記のように、第１セパレータ８のガス通路形成部２６の一部分を第１拡散層１３の第３の食出し部１８にその全周に亘って、また第２セパレータ９のガス通路形成部２０の一部分を第２拡散層１４の第２の食出し部１６にその全周に亘ってそれぞれ断続的に密着させると、第３の食出し部１８、それに隣接する接着剤硬化層１９、固体高分子電解質膜１０、それに隣接する接着剤硬化層１７および第２の食出し部１６よりなる被挟着部、つまり両セパレータ８，９により挟着される電極構造体７の被挟着部のへたりを防止して、電極構造体７の積層構造を長期に亘り維持することができる。
図１３に示すように、第１セパレータ８のシール部２７において、その下側シール構成部分２８の主領域３３には、水素導入孔３０、水素導出孔３１および両貫通孔２４ａ，２５ａの外側に位置する無端状内側溝４６と、その外側に位置する無端状外側溝４７が在り、一方、図９に示すように、第２セパレータ９のシール部２１において、その上側シール構成部分２２には、空気導入孔２４、空気導出孔２５および両貫通孔３０ａ，３１ａの外側に位置する無端状内側溝４８と、その外側に位置する無端状外側溝４９が在って、図３〜５に示すように第１セパレータ８における内側および外側溝４６，４７間の内側ランド５０と外側溝４７を囲む外側ランド５１とが、第２セパレータ９における内側および外側溝４８，４９間の内側ランド５２と外側溝４９を囲む外側ランド５３とにそれぞれ密着する。
図２〜５に示すように、第１セパレータ８のシール部２７において、その上側シール構成部分２９は、複数の凸条３５およびその周辺域を露出させた窓５４と、底面に水素導入孔３０を開口させた凹所５５と、底面に水素導出孔３１を開口させた凹所５６と、底面に貫通孔２４ａ，２５ａをそれぞれ開口させた凹所５７，５８と、各凹所５５，５７；５６，５８が存する二辺側と交差する二辺側に在って各凸条３５と平行に延びる一対の長溝５９とを有する。
図３〜５，１４に示すように、第２セパレータ９のシール部２１において、その下側シール構成部分２３は、複数の凸条４１に対応する複数の下向きの長溝状中空部分６０およびそれらの周辺域を露出させた窓６１と、下端面に空気導入孔２４を開口させた突起６２と、下端面に空気導出孔２５を開口させた突起６３と、下端面に貫通孔３０ａ，３１ａをそれぞれ開口させた突起６４，６５と各突起６２，６４；６３，６５が存する二辺側と交差する二辺側に在って各長溝状中空部分６０と平行に延びる一対の中実凸条６６とを有する。
図３〜５に示すように第１セパレータ８における４つの凹所５５，５６，５７，５８および両長溝５９には、その上方に位置する第２セパレータ９の４つの突起６４，６５，６２，６３および両中実凸条６６がそれぞれ挿入されて、少なくとも各凹所５５，５６，５７，５８の開口縁と各突起６４，６５，６２，６３の基端周縁とが密着し、また少なくとも各長溝５９の開口縁と各中実凸条６６の基端周縁とが密着する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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