JP2007012583A - 固体高分子電解質形燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】固体高分子電解質膜の周縁側の劣化を抑えて燃料極膜側と酸化極膜側との間のガスリークを抑制できる固体高分子電解質形燃料電池を提供する。
【解決手段】固体高分子電解質膜１１の一方面及び他方面に電極膜１２，１３を配設したセルと、セルの一方面側の電極膜１２上を覆うように配設された第一のガス拡散層１４と、セルの他方面側の電極膜１３上を覆うように配設された第二のガス拡散層１５と、前記ガス拡散層１４，１５を介してセルの一方面側及び他方面側にそれぞれ配設されるセパレータ１６とを備えている固体高分子電解質形燃料電池１０において、セルの固体高分子電解質膜１１と前記ガス拡散層１４，１５の間に設けられて電気的な絶縁性を有する第一の絶縁層１８と、前記ガス拡散層１４，１５の周縁に設けられて電気的な絶縁性を有する第二の絶縁層１９とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体高分子電解質形燃料電池に関する。

従来の固体高分子形燃料電池の要部の概略構成を図１０に示す。
図１０に示すように、プロトン（Ｈ⁺）伝導性を有する固体高分子電解質膜１１１の一方面側には、Ｐｔ−Ｒｕ系等の触媒金属を含有して導電性及びガス透過性を有する燃料極膜１１２が接着している。固体高分子電解質膜１１１の他方面側には、Ｐｔ系等の触媒金属を含有して導電性及びガス透過性を有する酸化極膜１１３が接着している。

上記固体高分子電解質膜１１１，燃料極膜１１２，酸化極膜１１３等からなる固体高分子電解質膜電極接合体（セル）の一方面側の電極膜である燃料極膜１１２側には、導電性及びガス拡散性を有する第一のガス拡散層１１４が当該燃料極膜１１２を覆うように包囲して接着、すなわち、燃料極膜１１２よりも大きい第一のガス拡散層１１４が当該燃料極膜１１２と共に固体高分子電解質膜１１１にも直接的に接触するようにして接着している。セルの他方面側の電極膜である酸化極膜１１３側には、導電性及びガス拡散性を有する第二のガス拡散層１１５が当該酸化極膜１１３を覆うように包囲して接着、すなわち、酸化極膜１１３よりも大きい第二のガス拡散層１１５が当該酸化極膜１１３と共に固体高分子電解質膜１１１にも直接的に接触するようにして接着している。

上記ガス拡散層１１４，１１５を接着された上記セルの一方面側及び他方面側には、水素ガス等の燃料ガス流通路を一方面に形成されて、空気や酸素等の酸化ガス流通路を他方面に形成されると共に導電性を有するセパレータ１１６がそれぞれ配設されている。

前記電極膜１１２，１１３及び前記ガス拡散層１１４，１１５の周縁から露出する前記固体高分子電解質膜１１１の周縁は、シール材１１７を介して上記セパレータ１１６に挟持されている。

なお、前記ガス拡散層１１４，１１５は、図９において、前記電極膜１１２，１１３の端面との間に隙間を有することなく当該電極膜１１２，１１３の端面に密着するように記載されているが、実際には、前記電極膜１１２，１１３の端面との間に隙間を有しながら前記固体高分子電解質膜１１１に直接的に接触するようにして接着している場合もある。

このような従来の固体高分子電解質形燃料電池１１０においては、上記セパレータ１１６の前記燃料ガス流通路へ燃料ガスを供給すると共に、上記セパレータ１１６の前記酸化ガス流通路へ酸化ガスを供給すると、燃料ガスが第一のガス拡散層１１４で拡散されながら燃料極膜１１２に供給されると共に、酸化ガスが第二のガス拡散層１１５で拡散されながら酸化極膜１１３に供給されることにより、燃料ガス及び酸化ガスが上記セルで電気化学的に反応して、燃料極膜１１２側で水素ガスから生成したプロトン（Ｈ⁺）が固体高分子電解質膜１１１内を酸化極膜１１３側へ移動すると共に、燃料極膜１１２側で水素ガスから生成した電子（ｅ^-）が第一のガス拡散層１１４及び前記セパレータ１１６から外部の電気回路を経由して酸化極膜１１３側へ前記セパレータ１１６及び第二のガス拡散層１１５を介して流れる。これにより、酸化極膜１１３側で酸素を上記プロトン及び上記電子と反応させて水を発生させながら発電することができる。

特許第３２７１４１０号公報 特許第３３４５２４０号公報 特開２００３−１２３７７７号公報

ところで、前述したような従来の固体高分子電解質形燃料電池においては、燃料ガス及び酸化ガスをセル内に供給した際や上述した反応の際等に、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）等の副反応生成物質が生成し、当該過酸化水素からヒドロキシラジカル（・ＯＨ）等のラジカルが生成してしまうと、当該ラジカルが固体高分子電解質膜１１１を劣化させて燃料極膜１１２側と酸化極膜１１３側との間にガスリークを生じてしまうおそれがあった。

このようなラジカルによる固体高分子電解質膜１１１の劣化を本発明者らが確認したところ、そのほとんどが固体高分子電解質膜１１１の周縁側で生じていることがわかった。

このようなことから、本発明は、固体高分子電解質膜の劣化機構を解明し、それに基づいて、固体高分子電解質膜の劣化対策を施すことにより、固体高分子電解質膜の周縁側の劣化を抑えて燃料極膜側と酸化極膜側との間のガスリークを抑制することができる固体高分子電解質形燃料電池を提供することを目的とした。

前述した課題を解決するための、第一番目の発明に係る固体高分子電解質形燃料電池は、固体高分子電解質膜の一方面及び他方面に電極膜を配設した固体高分子電解質膜電極接合体と、前記固体高分子電解質膜電極接合体の一方面側の前記電極膜上を覆うように配設された第一のガス拡散層と、前記固体高分子電解質膜電極接合体の他方面側の前記電極膜上を覆うように配設された第二のガス拡散層と、前記ガス拡散層を介して前記固体高分子電解質膜電極接合体の一方面側及び他方面側にそれぞれ配設されるセパレータとを備えている固体高分子電解質形燃料電池において、前記固体高分子電解質膜電極接合体の前記固体高分子電解質膜と前記第一のガス拡散層及び前記第二のガス拡散層のうちの少なくとも一方との直接的な接触を防止するように当該固体高分子電解質膜と当該第一のガス拡散層及び当該第二のガス拡散層のうちの少なくとも一方との間に設けられて当該固体高分子電解質膜と当該第一のガス拡散層及び当該第二のガス拡散層のうちの少なくとも一方との間でのラジカルの発生を抑制する第一の劣化抑制材を備えていることを特徴とする。

第二番目の発明に係る固体高分子電解質形燃料電池は、固体高分子電解質膜の一方面及び他方面に電極膜を配設した固体高分子電解質膜電極接合体と、前記固体高分子電解質膜電極接合体の一方面側の前記電極膜上を覆うように配設された第一のガス拡散層と、前記固体高分子電解質膜電極接合体の他方面側の前記電極膜上を覆うように配設された第二のガス拡散層と、前記ガス拡散層を介して前記固体高分子電解質膜電極接合体の一方面側及び他方面側にそれぞれ配設されるセパレータとを備えている固体高分子電解質形燃料電池において、前記第一のガス拡散層及び前記第二のガス拡散層のうちの少なくとも一方が、前記固体高分子電解質膜電極接合体の前記固体高分子電解質膜と接触することなく前記電極膜上のみに設けられていることを特徴とする。

第三番目の発明に係る固体高分子電解質形燃料電池は、固体高分子電解質膜の一方面及び他方面に電極膜を配設した固体高分子電解質膜電極接合体と、前記固体高分子電解質膜電極接合体の一方面側の前記電極膜上を覆うように配設された第一のガス拡散層と、前記固体高分子電解質膜電極接合体の他方面側の前記電極膜上を覆うように配設された第二のガス拡散層と、前記ガス拡散層を介して前記固体高分子電解質膜電極接合体の一方面側及び他方面側にそれぞれ配設されるセパレータとを備えている固体高分子電解質形燃料電池において、前記固体高分子電解質膜電極接合体の前記電極膜から露出する前記固体高分子電解質膜の周縁側が、過酸化水素を水及び酸素に分解してラジカルの発生を抑制する劣化抑制材を含有していることを特徴とする。

第四番目の発明に係る固体高分子電解質形燃料電池は、第一番目又は第二番目の発明において、前記固体高分子電解質膜電極接合体の前記固体高分子電解質膜と前記第一のガス拡散層及び前記第二のガス拡散層のうちの少なくとも一方との直接的な接触を防止するように当該固体高分子電解質膜と当該第一のガス拡散層及び当該第二のガス拡散層のうちの少なくとも一方の周縁端に設けられて当該固体高分子電解質膜と当該第一のガス拡散層及び当該第二のガス拡散層のうちの少なくとも一方との間でのラジカルの発生を抑制する第二の劣化抑制材を備えていることを特徴とする。

第五番目の発明に係る固体高分子電解質形燃料電池は、第一番目から第三番目の発明のいずれかにおいて、前記固体高分子電解質膜電極接合体の前記固体高分子電解質膜と前記セパレータとの間に空間が設けられていることを特徴とする。

第六番目の発明に係る固体高分子電解質形燃料電池は、第五番目の発明において、前記固体高分子電解質膜電極接合体の前記固体高分子電解質膜と前記セパレータとの直接的な接触を防止するように前記空間に設けられて当該固体高分子電解質膜と当該セパレータとの間でのラジカルの発生を抑制する第三の劣化抑制材を備えていることを特徴とする。

第七番目の発明に係る固体高分子電解質形燃料電池は、第一番目、第四番目、第六番目の発明のいずれかにおいて、前記劣化抑制材が、電気的な絶縁性を有するものであることを特徴とする。

第八番目の発明に係る固体高分子電解質形燃料電池は、第一番目、第四番目、第六番目の発明のいずれかにおいて、前記劣化抑制材が、過酸化水素を水及び酸素に分解するものであることを特徴とする。

第九番目の発明に係る固体高分子電解質形燃料電池は、第一番目、第四番目、第六番目の発明のいずれかにおいて、前記劣化抑制材が、前記第一のガス拡散層及び前記第二のガス拡散層のうちの少なくとも一方の周縁よりも延設された前記電極膜の周縁であることを特徴とする。

第十番目の発明に係る固体高分子電解質形燃料電池は、第六番目の発明において、前記第三の劣化抑制材が、隣り合う前記セパレータの周縁の間をシールするシール材であることを特徴とする。

前述したように、固体高分子電解質形燃料電池において、燃料ガス及び酸化ガスをセル内に供給した際や前述した反応の際等に、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）等の副反応生成物質が生成すると、従来は、当該過酸化水素等の副反応生成物質からからヒドロキシラジカル（・ＯＨ）等のラジカルが生成して、当該ラジカルが固体高分子電解質膜を劣化させて燃料極膜側と酸化極膜側との間にガスリークを生じてしまうおそれがあった。

このため、このようなラジカルによる固体高分子電解質膜の劣化試験を本発明者らが行った結果、固体高分子電解質膜の中央側（前記電極膜との接触箇所）よりも、固体高分子電解質膜の周縁側（前記ガス拡散層との接触箇所）の方が非常に多くなることが判明した。

この原因を本発明者らがさらに調査研究を行った結果、上述した固体高分子電解質膜の劣化は、以下のような現象に基づいて発生していると推察された。

すなわち、燃料ガス及び酸化ガスをセル内に供給した際や上記反応の際等に生成した過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）等の副反応生成物質は、固体高分子電解質膜と酸化極膜との間では、当該酸化極膜内の前記触媒金属により、ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）等のラジカルの発生よりも先に水及び酸素に分解されるため、固体高分子電解質膜の劣化が抑制される（下記式（１）参照）。しかしながら、上記過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）等の副反応生成物質は、固体高分子電解質膜と前記ガス拡散層との間では、プロトン（Ｈ⁺）及び電子（ｅ^-）と即時に反応して、ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）等のラジカルを生じてしまい、固体高分子電解質膜を劣化させてしまうのである（下記式（２）参照）。

Ｈ₂Ｏ₂→Ｈ₂Ｏ＋1/2Ｏ₂ （１）
Ｈ₂Ｏ₂＋Ｈ⁺＋ｅ^-→・ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ （２）

そこで、本発明に係る固体高分子電解質形燃料電池においては、前述した構成とすることにより、固体高分子電解質膜の周縁側において、固体高分子電解質膜と前記ガス拡散層との界面の当該ガス拡散層側からの電子の供給を防止して、当該ガス拡散層上での上記式（２）の反応を抑制し、固体高分子電解質膜と当該ガス拡散層との間において過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）等の副反応生成物質からのヒドロキシラジカル（・ＯＨ）等のラジカルの発生を防止することや、固体高分子電解質膜と当該ガス拡散層との間に生成した過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）等の副反応生成物質からのヒドロキシラジカル（・ＯＨ）等のラジカルの発生よりも先に当該過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）等の副反応生成物質を水及び酸素に分解して、固体高分子電解質膜と当該ガス拡散層との間での前記式（１）の反応を促進、すなわち、前記式（２）の反応を抑制し、固体高分子電解質膜と当該ガス拡散層との間における過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）等の副反応生成物質からのヒドロキシラジカル（・ＯＨ）等のラジカルの発生を防止することを図るようにしたのである。

したがって、本発明に係る固体高分子電解質形燃料電池によれば、燃料ガス及び酸化ガスを供給した際や上述した反応の際等に生成した過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）等の副反応生成物質から生じるヒドロキシラジカル（・ＯＨ）等のラジカルの発生を大幅に抑制することができるので、当該ラジカルによる固体高分子電解質膜の周縁側の劣化を大幅に低減して燃料極膜側と酸化極膜側との間のガスリークを防止することができる。

本発明に係る固体高分子電解質形燃料電池の実施形態を図面に基づいて以下に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

［第一番目の実施形態］
本発明に係る固体高分子電解質形燃料電池の第一番目の実施形態を図１に基づいて説明する。図１は、固体高分子電解質形燃料電池の要部の概略構成図である。

図１に示すように、プロトン（Ｈ⁺）伝導性を有する固体高分子電解質膜１１の一方面側には、Ｐｔ−Ｒｕ系等の触媒金属を含有して導電性及びガス透過性を有する燃料極膜１２が接着している。固体高分子電解質膜１１の他方面側には、Ｐｔ系等の触媒金属を含有して導電性及びガス透過性を有する酸化極膜１３が接着している。

上記固体高分子電解質膜１１，燃料極膜１２，酸化極膜１３等からなる固体高分子電解質膜電極接合体（セル）の一方面側の電極膜である燃料極膜１２側には、導電性及びガス拡散性を有する第一のガス拡散層１４が当該燃料極膜１２を覆うように包囲して接着、すなわち、燃料極膜１２よりも大きい第一のガス拡散層１４が当該燃料極膜１２上及び固体高分子電解質膜１１上に位置するようにして当該燃料極膜１２に接着している。前記固体高分子電解質膜１１にも直接的に接触するように接着している。セルの他方面側の電極膜である酸化極膜１３側には、導電性及びガス拡散性を有する第二のガス拡散層１５が当該酸化極膜１３を覆うように包囲して接着、すなわち、酸化極膜１２よりも大きい第二のガス拡散層１５が当該酸化極膜１３上及び固体高分子電解質膜１１上に位置するようにして当該酸化極膜１３に接着している。

上記ガス拡散層１４，１５を接着された上記セルの一方面側及び他方面側には、水素ガス等の燃料ガス流通路を一方面に形成されて、空気や酸素等の酸化ガス流通路を他方面に形成されると共に導電性を有するセパレータ１６がそれぞれ配設されている。

前記電極膜１２，１３及び前記ガス拡散層１４，１５の周縁端から露出する前記固体高分子電解質膜１１の周縁は、対をなすシール材１７を介して上記セパレータ１６間に挟持されている。

前記固体高分子電解質膜１１と当該固体高分子電解質膜１１上に位置する前記ガス拡散層１４，１５との間には、電気的な絶縁性を有する第一の劣化抑制材である第一の絶縁層１８が設けられている。また、前記ガス拡散層１４，１５の周縁端には、電気的な絶縁性を有する第二の劣化抑制材である第二の絶縁層１９が設けられている。前記シール材１７と前記第二の絶縁層１９との間の前記固体高分子電解質膜１１と前記セパレータ１６との間には、緩衝空間１０ａが設けられている。

なお、前記ガス拡散層１４，１５は、図１において、前記電極膜１２，１３の端面との間に隙間を有することなく当該電極膜１２，１３の端面に密着するように記載されているが、実際には、前記電極膜１２，１３の端面との間に隙間を有しながら前記固体高分子電解質膜１１上に位置するようにして前記絶縁層１８，１９を介して当該固体高分子電解質膜１１に接着している場合もある。

また、前記絶縁層１８，１９の材料としては、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、フッ化ビニル樹脂（ＰＶＦ）、フッ化ビニリデン樹脂（ＰＶＤＦ）、四フッ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ）、エチレン−四フッ化エチレン共重合体（ＦＴＦＥ）、四フッ化エチレン−六フッ化エチレン共重合体（ＦＥＰ）、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合樹脂（ＰＦＥＰ）、三フッ化塩化エチレン樹脂（ＰＣＴＦＥ）、三フッ化塩化エチレン−エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、四フッ化エチレン−パーフルオロジオキソール共重合体（ＴＦＥ／ＰＤＤ）等のようなフッ素樹脂系や、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、エチレン−ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、セルローストリアセテート（ＣＴＡ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリアクリルニトリル（ＰＡＮ）系、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）系、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリスルホン（ＰＳ）等のような樹脂やシリコーン系材料等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。

このような本実施形態に係る固体高分子電解質形燃料電池１０においては、前記セパレータ１６の前記燃料ガス流通路へ燃料ガスを供給すると共に、前記セパレータ１６の前記酸化ガス流通路へ酸化ガスを供給すると、燃料ガスが第一のガス拡散層１４で拡散されながら燃料極膜１２に供給されると共に、酸化ガスが第二のガス拡散層１５で拡散されながら酸化極膜１３に供給されることにより、燃料ガス及び酸化ガスが上記セルで電気化学的に反応して、燃料極膜１２側で水素ガスから生成したプロトン（Ｈ⁺）が固体高分子電解質膜１１内を酸化極膜１３側へ移動すると共に、燃料極膜１２側で水素ガスから生成した電子（ｅ^-）が第一のガス拡散層１４及び前記セパレータ１６から外部の電気回路を経由して酸化極膜１３側へ前記セパレータ１６及び第二のガス拡散層１５を介して流れる。これにより、酸化極膜１３側で酸素と上記プロトン及び上記電子とが反応して、水を生成しながら発電することができる。

ここで、燃料ガス及び酸化ガスをセル内に供給した際や上述した反応の際等に、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）等の副反応生成物質が生成したとしても、前記固体高分子電解質膜１１と当該固体高分子電解質膜１１上に位置する前記ガス拡散層１４，１５との間に前記絶縁層１８を設けたことから、当該過酸化水素等の副反応生成物質からヒドロキシラジカル（・ＯＨ）等のラジカルの発生を大幅に抑制することができ、当該ラジカルによる固体高分子電解質膜１１の周縁側の劣化を大幅に低減して燃料極膜１２側と酸化極膜１３側との間のガスリークを防止することができる。この理由を以下に説明する。

上述したように、燃料ガス及び酸化ガスをセル内に供給した際や上記反応の際等に、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）等の副反応生成物質が生成すると、従来の固体高分子電解質形燃料電池１１０においては、当該過酸化水素等の副反応生成物質からからヒドロキシラジカル（・ＯＨ）等のラジカルが生成して、当該ラジカルが固体高分子電解質膜１１１を劣化させて燃料極膜１１２側と酸化極膜１１３側との間にガスリークを生じてしまうおそれがあった。

このため、このようなラジカルによる固体高分子電解質膜１１１の劣化試験を本発明者らが行った結果、固体高分子電解質膜１１１の中央側（前記電極膜１１２，１１３との接触箇所）よりも、固体高分子電解質膜１１１の周縁側（前記ガス拡散層１１４，１１５との接触箇所）の方が非常に多くなることが判明した。

この原因を本発明者らがさらに調査研究を行った結果、上述した固体高分子電解質膜１１１の劣化は、以下のような現象に基づいて発生していると推察された。

すなわち、燃料ガス及び酸化ガスをセル内に供給した際や上記反応の際等に生成した過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）等の副反応生成物質は、固体高分子電解質膜１１１と酸化極膜１１３との間では、当該酸化極膜１１３内の前記触媒金属により、ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）等のラジカルの発生よりも先に水及び酸素に分解されるため、固体高分子電解質膜１１１の劣化が抑制される（下記式（１）参照）。しかしながら、上記過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）等の副反応生成物質は、固体高分子電解質膜１１１と前記ガス拡散層１１４，１１５との間では、プロトン（Ｈ⁺）及び電子（ｅ^-）と即時に反応して、ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）等のラジカルを生じてしまい、固体高分子電解質膜１１１を劣化させてしまうのである（下記式（２）参照）。

Ｈ₂Ｏ₂→Ｈ₂Ｏ＋1/2Ｏ₂ （１）
Ｈ₂Ｏ₂＋Ｈ⁺＋ｅ^-→・ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ （２）

そこで、本実施形態では、固体高分子電解質膜１１と前記ガス拡散層１４，１５との直接的な接触を防止するように固体高分子電解質膜１１と当該固体高分子電解質膜１１上に位置する前記ガス拡散層１４，１５との間に前記絶縁層１８を設けることにより、固体高分子電解質膜１１と当該ガス拡散層１４，１５との間の接触面（界面）での当該ガス拡散層１４，１５側からの電子の供給を防止して、当該ガス拡散層１４，１５上での上記式（２）の反応を抑制し、固体高分子電解質膜１１と当該ガス拡散層１４，１５との間において過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）等の副反応生成物質からのヒドロキシラジカル（・ＯＨ）等のラジカルの発生を防止するようにしたのである。

したがって、本実施形態によれば、固体高分子電解質膜１１の周縁側の劣化を抑えて燃料極膜１２側と酸化極膜１３側との間のガスリークを抑制することができる。

また、前記シール材１７と前記第二の絶縁層１９との間の前記固体高分子電解質膜１１と前記セパレータ１６との間に緩衝空間１０ａを設けたので、固体高分子電解質膜１１が水分により膨潤しても、固体高分子電解質膜１１の周縁側を弛ませることができ、固体高分子電解質膜１１と前記電極膜１２，１３との間における当該固体高分子電解質膜１１のシワの発生を抑制することができ、発電効率の低下を抑制することができる。

そして、固体高分子電解質膜１１が水分により膨潤して、固体高分子電解質膜１１の周縁側が弛むことにより、前記ガス拡散層１４，１５の周縁端と固体高分子電解質膜１１の周縁側とが接触してしまうような状態となっても、当該ガス拡散層１４，１５の周縁端にも前記絶縁層１９を設けているので、固体高分子電解質膜１１の周縁側と当該ガス拡散層１４，１５の周縁端との間（界面）の当該ガス拡散層１４，１５側からの電子の供給を防止して、当該ガス拡散層１４，１５の周縁端上での上記式（２）の反応を抑制し、固体高分子電解質膜１１の周縁側と当該ガス拡散層１４，１５の周縁端との間において過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）等の副反応生成物質からのヒドロキシラジカル（・ＯＨ）等のラジカルの発生も防止することができる。

［第二番目の実施形態］
本発明に係る固体高分子電解質形燃料電池の第二番目の実施形態を図２に基づいて説明する。図２は、固体高分子電解質形燃料電池の要部の概略構成図である。なお、前述した第一番目の実施形態の場合と同様な部分については、前述した第一番目の実施形態の説明で用いた符号と同様な符号を用いることにより、前述した第一番目の実施形態で説明した事項と重複する説明を省略する。

図２に示すように、固体高分子電解質膜１１と当該固体高分子電解質膜１１上に位置する第一のガス拡散層１４との間には、Ｐｔ−Ｒｕ系等の触媒金属を含有する第一の劣化抑制材である第一の過酸化水素分解層２８ａが設けられている。第一のガス拡散層１４の周縁端には、Ｐｔ−Ｒｕ系等の触媒金属を含有する第二の劣化抑制材である第二の過酸化水素分解層２９ａが設けられている。

また、固体高分子電解質膜１１と当該固体高分子電解質膜１１上に位置する第二のガス拡散層１５との間には、Ｐｔ系等の触媒金属を含有する第一の劣化抑制材である第一の過酸化水素分解層２８ｂが設けられている。第二のガス拡散層１５の周縁端には、Ｐｔ系等の触媒金属を含有する第二の劣化抑制材である第二の過酸化水素分解層２９ｂが設けられている。

つまり、前述した第一番目の実施形態は、固体高分子電解質膜１１と前記ガス拡散層１４，１５との直接的な接触を防止するように前記固体高分子電解質膜１１と当該固体高分子電解質膜１１上に位置する前記ガス拡散層１４，１５との間及び当該ガス拡散層１４，１５の周縁端に電気的な絶縁性を有する前記絶縁層１８，１９を設けるようにしたが、本実施形態は、固体高分子電解質膜１１と前記ガス拡散層１４，１５との直接的な接触を防止するように固体高分子電解質膜１１と当該固体高分子電解質膜１１上に位置する前記ガス拡散層１４，１５との間及び当該ガス拡散層１４，１５の周縁端に過酸化水素を水及び酸素に分解する前記過酸化水素分解層２８ａ，２８ｂ，２９ａ，２９ｂを設けるようにしたのである。

このような本実施形態に係る固体高分子電解質形燃料電池２０においては、前述した第一番目の実施形態の場合と同様に運転することにより、電力を得ることができる。

ここで、燃料ガス及び酸化ガスをセル内に供給した際や上述した反応の際等に、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）等の副反応生成物質が生成したとしても、固体高分子電解質膜１１と当該固体高分子電解質膜１１上に位置する前記ガス拡散層１４，１５との間に前記過酸化水素分解層２８ａ，２８ｂを設けたことから、当該過酸化水素等の副反応生成物質からヒドロキシラジカル（・ＯＨ）等のラジカルの発生を大幅に抑制することができ、当該ラジカルによる固体高分子電解質膜１１の周縁側の劣化を大幅に低減して燃料極膜１２側と酸化極膜１３側との間のガスリークを防止することができる。この理由を以下に説明する。

前述した第一番目の実施形態でも説明したように、ラジカルによる固体高分子電解質膜の劣化は、固体高分子電解質膜の周縁側（前記ガス拡散層との接触箇所）よりも、固体高分子電解質膜の中央側（前記電極膜との接触箇所）の方が非常に少なかった。これは、前述した第一番目の実施形態で説明したように、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）等の副反応生成物質は、固体高分子電解質膜と電極膜との間では、当該電極膜内の前記触媒金属により、ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）等のラジカルの発生よりも先に水及び酸素に分解されるためである（前記式（１）参照）。

そこで、本実施形態では、固体高分子電解質膜１１と当該固体高分子電解質膜１１上に位置する前記ガス拡散層１４，１５との間に前記過酸化水素分解層２８ａ，２８ｂを設けることにより、固体高分子電解質膜１１と当該ガス拡散層１４，１５との間に生成した過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）等の副反応生成物質からのヒドロキシラジカル（・ＯＨ）等のラジカルの発生よりも先に当該過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）等の副反応生成物質を水及び酸素に分解して、固体高分子電解質膜１１と当該ガス拡散層１４，１５との間での前記式（１）の反応を促進、すなわち、前記式（２）の反応を抑制し、固体高分子電解質膜１１と当該ガス拡散層１４，１５との間における過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）等の副反応生成物質からのヒドロキシラジカル（・ＯＨ）等のラジカルの発生を防止するようにしたのである。

したがって、本実施形態によれば、前述した第一番目の実施形態の場合と同様に、固体高分子電解質膜１１の周縁側の劣化を抑えて燃料極膜１２側と酸化極膜１３側との間のガスリークを抑制することができる。

また、固体高分子電解質膜１１が水分により膨潤して、固体高分子電解質膜１１の周縁側が弛むことにより、前記ガス拡散層１４，１５の周縁端と固体高分子電解質膜１１の周縁側とが接触してしまうような状態となっても、当該ガス拡散層１４，１５の周縁端にも前記過酸化水素分解層２９ａ，２９ｂを設けているので、固体高分子電解質膜１１の周縁側と当該ガス拡散層１４，１５の周縁端との間に生成した過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）等の副反応生成物質からのヒドロキシラジカル（・ＯＨ）等のラジカルの発生よりも先に当該過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）等の副反応生成物質を水及び酸素に分解して、固体高分子電解質膜１１の周縁側と当該ガス拡散層１４，１５の周縁端との間での前記式（２）の反応を抑制し、固体高分子電解質膜１１の周縁側と当該ガス拡散層１４，１５の周縁端との間における過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）等の副反応生成物質からのヒドロキシラジカル（・ＯＨ）等のラジカルの発生も防止することができる。

なお、過酸化水素分解層２８ａ，２８ｂ，２９ａ，２９ｂとしては、過酸化水素の水及び酸素への分解を促進させる触媒金属や活性炭等を始めとして、例えば、Ｃｅ，Ｔｌ，Ｍｎ，Ａｇ，Ｙｂ，Ｗのうちの少なくとも一種の酸化物、炭酸塩、若しくは、リン酸塩、又は、Ｃｅ，Ｔｌ，Ｍｎ，Ａｇ，Ｙｂのうちの少なくとも一種のタングステン酸塩等を含有しているものであればよく、導電性やガス透過性等を特に必要とするものではない。しかしながら、例えば、前記電極膜１２，１３と同様な材料からなる過酸化水素分解層２８ａ，２８ｂ，２９ａ，２９ｂであれば、製造の簡素化を図ることができるようになるので好ましい。

［第三番目の実施形態］
本発明に係る固体高分子電解質形燃料電池の第三番目の実施形態を図３に基づいて説明する。図３は、固体高分子電解質形燃料電池の要部の概略構成図である。なお、前述した第一，二番目の実施形態の場合と同様な部分については、前述した第一，二番目の実施形態の説明で用いた符号と同様な符号を用いることにより、前述した第一，二番目の実施形態で説明した事項と重複する説明を省略する。

図３に示すように、セルの燃料極膜１２側には、導電性及びガス拡散性を有する第一のガス拡散層３４が当該燃料極膜１２の固体高分子電解質膜１１との接触面と反対側の面のみを覆うようにして接着している。セルの酸化極膜１３側には、導電性及びガス拡散性を有する第二のガス拡散層３５が当該酸化極膜１３の固体高分子電解質膜１１との接触面と反対側の面のみを覆うようにして接着している。

前記ガス拡散層３４，３５の周縁端には、電気的な絶縁性を有する第二の劣化抑制材であるスペーサ３９が前記電極膜１２，１３と前記シール材１７との間に位置する前記固体高分子電解質膜１１を挟持するようにして配設されている。

上記スペーサ３９の材料としては、前記絶縁層１８，１９の場合と同様なフッ素樹脂やその他の樹脂やシリコーン系材料等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。

つまり、前述した第一番目の実施形態は、前記電極膜１２，１３上及び固体高分子電解質膜１１上にも位置する前記ガス拡散層１４，１５、すなわち、前記電極膜１２，１３よりも大きいサイズの前記ガス拡散層１４，１５において、固体高分子電解質膜１１と当該固体高分子電解質膜１１上に位置するガス拡散層１４，１５との間及び当該ガス拡散層１４，１５の周縁に前記絶縁層１８，１９を設けるようにしたが、本実施形態は、固体高分子電解質膜１１上に位置することなく前記電極膜１２，１３上のみに存在、すなわち、前記電極膜１２，１３と同一サイズの前記ガス拡散層３４，３５を適用すると共に、固体高分子電解質膜１１の周縁側と前記ガス拡散層３４，３５の周縁端との間に介在させるように前記スペーサ３９を配設したのである。

このような本実施形態に係る固体高分子電解質形燃料電池３０においては、前述した第一，二番目の実施形態の場合と同様に運転することにより、電力を得ることができる。

ここで、燃料ガス及び酸化ガスをセル内に供給した際や上述した反応の際等に、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）等の副反応生成物質が生成したとしても、前記ガス拡散層３４，３５が前記電極膜１２，１３と同一サイズである、すなわち、固体高分子電解質膜１１と直接的に接触しないことから、前述した第一番目の実施形態の場合と同様に、固体高分子電解質膜１１へ電子の供給が生じ得ないので、前記ガス拡散層３４，３５上で過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）等の副反応生成物質からのヒドロキシラジカル（・ＯＨ）等のラジカルの発生を大幅に抑制することができる。

したがって、本実施形態によれば、前述した第一，二番目の実施形態の場合と同様に、固体高分子電解質膜１１の周縁側の劣化を抑えて燃料極膜１２側と酸化極膜１３側との間のガスリークを抑制することができる。

また、固体高分子電解質膜１１が水分により膨潤して、固体高分子電解質膜１１の周縁側が弛むことにより、前記ガス拡散層３４，３５の周縁端と固体高分子電解質膜１１の周縁側とが接触してしまうような状態となっても、固体高分子電解質膜１１の周縁側と前記ガス拡散層３４，３５の周縁端との間に前記スペーサ３９を介在させているので、固体高分子電解質膜１１の周縁側と当該ガス拡散層３４，３５の周縁端との間（界面）の当該ガス拡散層３４，３５端からの電子の供給を防止して、当該ガス拡散層３４，３５の周縁端上での前記式（２）の反応を抑制し、固体高分子電解質膜１１の周縁側と当該ガス拡散層３４，３５の周縁端との間において過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）等の副反応生成物質からのヒドロキシラジカル（・ＯＨ）等のラジカルの発生も防止することができる。

［第四番目の実施形態］
本発明に係る固体高分子電解質形燃料電池の第四番目の実施形態を図４に基づいて説明する。図４は、固体高分子電解質形燃料電池の要部の概略構成図である。なお、前述した第一〜三番目の実施形態の場合と同様な部分については、前述した第一〜三番目の実施形態の説明で用いた符号と同様な符号を用いることにより、前述した第一〜三番目の実施形態で説明した事項と重複する説明を省略する。

図４に示すように、セルの燃料極膜４２は、積層方向と直行する平面方向のサイズが第一のガス拡散層４４の当該サイズよりも大きくなっている。セルの酸化極膜４３は、積層方向と直行する平面方向のサイズが第二のガス拡散層４５の当該サイズよりも大きくなっている。

つまり、前述した第三番目の実施形態は、前記電極膜１２，１３と前記ガス拡散層３４，３５とが同一サイズであったが、本実施形態は、前記ガス拡散層４４，４５が前記電極膜４２，４３よりも小さいサイズ、言い換えれば、前記電極膜４２，４３の周縁が前記ガス拡散層４４，４５の周縁よりも延設されているのである。

このような本実施形態に係る固体高分子電解質形燃料電池４０においては、前述した第一〜三番目の実施形態の場合と同様に運転することにより、電力を得ることができる。

ここで、燃料ガス及び酸化ガスをセル内に供給した際や上述した反応の際等に、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）等の副反応生成物質が生成したとしても、前記電極膜４２，４３の周縁が前記ガス拡散層４４，４５の周縁よりも延設されていることから、前述した第三番目の実施形態の場合と同様に、前記ガス拡散層４４，４５の周縁端に固体高分子電解質膜１１が直接的に接触しなくなるだけでなく、前述した第二番目の実施形態の場合と同様に、当該過酸化水素等の副反応生成物質からヒドロキシラジカル（・ＯＨ）等のラジカルの発生を大幅に抑制することができ、当該ラジカルによる固体高分子電解質膜１１の周縁側の劣化を大幅に低減して燃料極膜４２側と酸化極膜４３側との間のガスリークを防止することができる。この理由を以下に説明する。

前述した第一番目の実施形態でも説明したように、ラジカルによる固体高分子電解質膜の劣化は、固体高分子電解質膜の周縁側（前記ガス拡散層との接触箇所）よりも、固体高分子電解質膜の中央側（前記電極膜との接触箇所）の方が非常に少なかった。これは、前述した第一番目の実施形態で説明したように、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）等の副反応生成物質は、固体高分子電解質膜と電極膜との間では、当該電極膜内の前記触媒金属により、ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）等のラジカルの発生よりも先に水及び酸素に分解されるためである（前記式（１）参照）。

そこで、本実施形態では、前記電極膜４２，４３の周縁を前記ガス拡散層４４，４５の周縁よりも延設する、すなわち、前述した第二番目の実施形態における第一の過酸化水素分解層２８ａ，２８ｂに代えて、上記電極膜４２，４３の周縁を第一の劣化抑制材とすることにより、前述した第二番目の実施形態の場合と同様にして、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）等の副反応生成物質からのヒドロキシラジカル（・ＯＨ）等のラジカルの発生よりも先に当該過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）等の副反応生成物質を水及び酸素に分解して、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）等の副反応生成物質からのヒドロキシラジカル（・ＯＨ）等のラジカルの発生を防止すると共に、前記ガス拡散層４４，４５が固体高分子電解質膜１１と直接的に接触しないことから、前述した第三番目の実施形態の場合と同様に、固体高分子電解質膜１１へ電子の供給を生じ得ないようにして、前記ガス拡散層４４，４５上で過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）等の副反応生成物質からのヒドロキシラジカル（・ＯＨ）等のラジカルの発生を防止するようにしたのである。

したがって、本実施形態によれば、前述した第一〜三番目の実施形態の場合と同様に、固体高分子電解質膜１１の周縁側の劣化を抑えて燃料極膜４２側と酸化極膜４３側との間のガスリークを抑制することができる。

また、固体高分子電解質膜１１が水分により膨潤して、固体高分子電解質膜１１の周縁側が弛むことにより、前記ガス拡散層４４，４５の周縁端と固体高分子電解質膜１１の周縁側とが接触してしまうような状態となっても、前記電極膜４２，４３の周縁が前記ガス拡散層４４，４５の周縁よりも延設されているので、前記ガス拡散層４４，４５の周縁端と固体高分子電解質膜１１の周縁側との接触を抑制することができる。

［第五番目の実施形態］
本発明に係る固体高分子電解質形燃料電池の第五番目の実施形態を図５に基づいて説明する。図５は、固体高分子電解質形燃料電池の要部の概略構成図である。なお、前述した第一〜四番目の実施形態の場合と同様な部分については、前述した第一〜四番目の実施形態の説明で用いた符号と同様な符号を用いることにより、前述した第一〜四番目の実施形態で説明した事項と重複する説明を省略する。

図５に示すように、前記ガス拡散層４４，４５の周縁端には、電気的な絶縁性を有する第二の劣化抑制材であるスペーサ５９が、延設された前記電極膜４２，４３上とセパレータ１６との間に位置するようにして配設されている。

上記スペーサ５９の材料としては、前記絶縁層１８，１９の場合と同様なフッ素樹脂やその他の樹脂やシリコーン系材料等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。

つまり、本実施形態に係る固体高分子電解質形燃料電池５０は、前述した第四番目の実施形態に係る固体高分子電解質形燃料電池４０において、前述した第三番目の実施形態の場合と同様に、前記ガス拡散層４４，４５の周縁端にスペーサ５９を配設したものなである。

したがって、本実施形態によれば、前述した第一〜四番目の実施形態の場合と同様に、固体高分子電解質膜１１の周縁側の劣化を抑えて燃料極膜４２側と酸化極膜４３側との間のガスリークを抑制することができるのはもちろんのこと、固体高分子電解質膜１１が水分により膨潤して、固体高分子電解質膜１１の周縁側が弛むことにより、前記ガス拡散層４４，４５の周縁端と固体高分子電解質膜１１の周縁側とが接触してしまうような状態となっても、前述した第四番目の実施形態の場合よりも、前記ガス拡散層４４，４５の周縁端と固体高分子電解質膜１１の周縁側との接触をより確実に防止することができる。

［第六番目の実施形態］
本発明に係る固体高分子電解質形燃料電池の第六番目の実施形態を図６に基づいて説明する。図６は、固体高分子電解質形燃料電池の要部の概略構成図である。なお、前述した第一〜五番目の実施形態の場合と同様な部分については、前述した第一〜五番目の実施形態の説明で用いた符号と同様な符号を用いることにより、前述した第一〜五番目の実施形態で説明した事項と重複する説明を省略する。

図６に示すように、前記緩衝空間１０ａには、電気的な絶縁性を有する第三の劣化抑制材である第三の絶縁層６９が前記セパレータ１６に隣接するようにして設けられている。

上記第三の絶縁層６９の材料としては、前記絶縁層１８，１９の場合と同様なフッ素樹脂やその他の樹脂やシリコーン系材料等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。

つまり、本実施形態に係る固体高分子電解質形燃料電池６０は、前述した第一番目の実施形態に係る固体高分子電解質形燃料電池１０において、固体高分子電解質膜１１とセパレータ１６との間を仕切るように前記緩衝空間１０ａの当該セパレータ１６部分に第三の絶縁層６９を隣接して設けたものなのである。

このような本実施形態に係る固体高分子電解質形燃料電池６０において、燃料ガス及び酸化ガスをセル内に供給した際や上述した反応の際等に、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）等の副反応生成物質が生成して、万が一にも前記セパレータ１６にまで拡散してしまうと同時に、固体高分子電解質膜１１が水分により膨潤して、固体高分子電解質膜１１の周縁側が弛むことにより、前記セパレータ１６に固体高分子電解質膜１１の周縁側が接触してしまうような状態となっても、固体高分子電解質膜１１とセパレータ１６との間を仕切るように前記緩衝空間１０ａの当該セパレータ１６部分に第三の絶縁層６９が設けられているので、固体高分子電解質膜１１とセパレータ１６との間の当該セパレータ１６からの電子の供給を防止して、当該固体高分子電解質膜１１上での上記式（２）の反応を抑制し、固体高分子電解質膜１１とセパレータ１６との間において過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）等の副反応生成物質からのヒドロキシラジカル（・ＯＨ）等のラジカルの発生を防止することができる。

したがって、本実施形態によれば、前述した第一〜五番目の実施形態の場合と同様に、固体高分子電解質膜１１の周縁側の劣化を抑えて燃料極膜１２側と酸化極膜１３側との間のガスリークを抑制することができるのはもちろんのこと、固体高分子電解質膜１１が水分により膨潤して、固体高分子電解質膜１１の周縁側が弛むことにより、固体高分子電解質膜１１の周縁側が前記セパレータ１６に接触してしまうような状態となっても、前述した第一〜五番目の実施形態の場合よりも、固体高分子電解質膜１１の周縁側の劣化をさらに確実に防止することができる。

なお、前記第三の絶縁層６９と隣接する前記セパレータ１６との間に隙間が形成されていても特に問題を生じることはない。

［第七番目の実施形態］
本発明に係る固体高分子電解質形燃料電池の第七番目の実施形態を図７に基づいて説明する。図７は、固体高分子電解質形燃料電池の要部の概略構成図である。なお、前述した第一〜六番目の実施形態の場合と同様な部分については、前述した第一〜六番目の実施形態の説明で用いた符号と同様な符号を用いることにより、前述した第一〜六番目の実施形態で説明した事項と重複する説明を省略する。

図７に示すように、前記緩衝空間１０ａには、電気的な絶縁性を有する第三の劣化抑制材である第三の絶縁層７９が前記固体高分子電解質膜１１に隣接するようにして設けられている。

つまり、前述した第六番目の実施形態に係る固体高分子電解質形燃料電池６０が、固体高分子電解質膜１１とセパレータ１６との間を仕切るように前記緩衝空間１０ａの当該セパレータ１６部分に第三の絶縁層６９を隣接して設けたものであるのに対し、本実施形態に係る固体高分子電解質形燃料電池７０は、固体高分子電解質膜１１とセパレータ１６との間を仕切るように前記緩衝空間１０ａの当該固体高分子電解質膜１１部分に第三の絶縁層７９を隣接して設けたものなのである。

したがって、本実施形態によれば、前述した第六番目の実施形態の場合と同様な効果を得ることができる。

なお、前記第三の絶縁層７９と隣接する前記固体高分子電解質膜１１との間に隙間が形成されていても特に問題を生じることはない。

［他の実施形態］
前述した第三，五番目の実施形態では、電気的な絶縁性を有する前記スペーサ３９，５９を用いるようにしたが、当該スペーサ３９，５９に代えて、例えば、過酸化水素の水及び酸素への分解を促進させる触媒金属や活性炭等を含有する第二の劣化抑制材であるスペーサを用いることにより、固体高分子電解質膜１１が水分により膨潤して、固体高分子電解質膜１１の周縁側に弛みを生じ、前記ガス拡散層３４，３５，４４，４５の周縁端と固体高分子電解質膜１１の周縁側とが接触してしまうような状態となっても、固体高分子電解質膜１１の周縁側と当該ガス拡散層３４，３５，４４，４５の周縁端との間に生成する過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）等の副反応生成物質からのヒドロキシラジカル（・ＯＨ）等のラジカルの発生よりも先に当該過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）等の副反応生成物質を水及び酸素に分解して、固体高分子電解質膜１１の周縁側と当該ガス拡散層３４，３５，４４，４５の周縁端との間での前記式（２）の反応を抑制し、固体高分子電解質膜１１の周縁側と当該ガス拡散層３４，３５，４４，４５の周縁端との間における過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）等の副反応生成物質からのヒドロキシラジカル（・ＯＨ）等のラジカルの発生を防止することも可能である。

また、前述した第六，七番目の実施形態では、電気的な絶縁性を有する第三の絶縁層６９，７９を用いるようにしたが、当該第三の絶縁層６９，７９に代えて、例えば、過酸化水素の水及び酸素への分解を促進させる触媒金属や活性炭等を始めとして、例えば、Ｃｅ，Ｔｌ，Ｍｎ，Ａｇ，Ｙｂ，Ｗのうちの少なくとも一種の酸化物、炭酸塩、若しくは、リン酸塩、又は、Ｃｅ，Ｔｌ，Ｍｎ，Ａｇ，Ｙｂのうちの少なくとも一種のタングステン酸塩等を含有する第三の劣化抑制材である第三の過酸化水素分解層を用いることにより、上述の場合と同様に過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）等の副反応生成物質からのヒドロキシラジカル（・ＯＨ）等のラジカルの発生を防止することも可能である。

また、前述した第六，七番目の実施形態では、固体高分子電解質膜１１とセパレータ１６との間を仕切るように前記緩衝空間１０ａの当該セパレータ１６部分又は当該固体高分子電解質膜１１部分に第三の劣化抑制材として第三の絶縁層６９、７９を隣接して設けた固体高分子電解質形燃料電池６０，７０の場合について説明したが、例えば、一方の上記第三の絶縁層６９，７９に代えて、図８に示すように、固体高分子電解質膜１１とセパレータ１６との間を仕切るように前記緩衝空間１０ａの当該セパレータ１６部分にまで延設されたシール材８７ｂを一方の第三の劣化抑制材として適用した固体高分子電解質形燃料電池８０とすることも可能である。ここで、上記緩衝空間１０ａを確実に形成できるようにするため、一方の上記シール材８７ｂよりも大きな厚さを有するシール材８７ａを他方に適用するようにすると好ましい。なお、上記シール材８７ａ，８７ｂとしては、電気絶縁性とシール性とを兼ね備えたシリコーン系ゴムやフッ素系ゴム（例えば、デュポン ダウ エラストマー ジャパン株式会社製「バイトン（登録商標）」等）等を挙げることができる。

また、前述した第一〜三番目の実施形態では、前記ガス拡散層１４，１５，３４，３５の周縁端に前記絶縁層１９や前記過酸化水素分解層２９ａ，２９ｂや前記スペーサ３９を配設するようにしたが、前記ガス拡散層１４，１５，３４，３５の周縁端と固体高分子電解質膜１１の周縁側とが接触する状態を生じ得ない場合には、前記絶縁層１９や前記過酸化水素分解層２９ａ，２９ｂや前記スペーサ３９を省略することも可能である。しかしながら、このような場合であっても、安全性を高めるために、前述した第一〜三番目の実施形態のように、前記絶縁層１９や前記過酸化水素分解層２９ａ，２９ｂや前記スペーサ３９を設けた方が好ましい。

また、前述した第一〜七番目の実施形態では、燃料極膜１２，４２及び酸化極膜１３，４３の両方側において、前記絶縁層１８，１９，６９，７９や前記過酸化水素分解層２８ａ，２８ｂ，２９ａ，２９ｂや前記スペーサ３９，５９を設けることや、当該電極膜１２，１３と同一サイズ又は当該電極膜４２，４３よりも小さいサイズの前記ガス拡散層３４，３５，４４，４５を適用することを行うようにしたが、前記式（２）の反応が電位的に起こりやすい燃料極膜１２側のみにおいて、前記絶縁層１８，１９，６９，７９や前記過酸化水素分解層２８ａ，２９ａや前記スペーサ３９，５９を設けることや、燃料極膜１２と同一サイズ又は燃料極膜４２よりも小さいサイズの第一のガス拡散層３４，４４を適用するだけでも十分な効果を得られる場合もある。なお、各種の条件によっては、酸化極膜１３のみにおいて、前記絶縁層１８，１９，６９，７９や前記過酸化水素分解層２８ｂ，２９ｂや前記スペーサ３９，５９を設けることや、酸化極膜１３と同一サイズ又は酸化極膜４３よりも小さいサイズの第二のガス拡散層３５，４５を適用するだけでも十分な効果を得られる場合もある。しかしながら、このような場合であっても、安全性を高めるために、前述した第一〜七番目の実施形態のように、燃料極膜１２，４２及び酸化極膜１３,の両方側において、前記絶縁層１８，１９，６９，７９や前記過酸化水素分解層２８ａ，２８ｂ，２９ａ，２９ｂや前記スペーサ３９，５９を設けることや、当該電極膜１２，１３と同一サイズ又は当該電極膜４２，４３よりも小さいサイズの前記ガス拡散層３４，３５，４４，４５を適用することを行った方が好ましい。

また、例えば、図９に示すように、セルの前記電極膜１２，１３から露出する固体高分子電解質膜９１の周縁部９１ａに、過酸化水素を水及び酸素に分解してラジカルの発生を抑制する劣化抑制材（例えば、Ｃｅ，Ｔｌ，Ｍｎ，Ａｇ，Ｙｂ，Ｗのうちの少なくとも一種の金属のイオン）を含有する固体高分子電解質形燃料電池９０を適用することにより、固体高分子電解質膜９１の周縁部９１ａの劣化を抑えて燃料極膜１２側と酸化極膜１３側との間のガスリークを抑制するようにすることも可能である。

本発明に係る固体高分子電解質形燃料電池は、各種産業において、極めて有効に利用することができる。

本発明に係る固体高分子電解質形燃料電池の第一番目の実施形態の要部の概略構成図である。 本発明に係る固体高分子電解質形燃料電池の第二番目の実施形態の要部の概略構成図である。 本発明に係る固体高分子電解質形燃料電池の第三番目の実施形態の要部の概略構成図である。 本発明に係る固体高分子電解質形燃料電池の第四番目の実施形態の要部の概略構成図である。 本発明に係る固体高分子電解質形燃料電池の第五番目の実施形態の要部の概略構成図である。 本発明に係る固体高分子電解質形燃料電池の第六番目の実施形態の要部の概略構成図である。 本発明に係る固体高分子電解質形燃料電池の第七番目の実施形態の要部の概略構成図である。 本発明に係る固体高分子電解質形燃料電池の他の実施形態の要部の概略構成図である。 本発明に係る固体高分子電解質形燃料電池のさらに他の実施形態の要部の概略構成図である。 従来の固体高分子電解質形燃料電池の一例の要部の概略構成図である。

符号の説明

１０ 固体高分子電解質形燃料電池
１０ａ 緩衝空間
１１ 固体高分子電解質膜
１２ 燃料極膜
１３ 酸化極膜
１４ 第一のガス拡散層
１５ 第二のガス拡散層
１６ セパレータ
１７ シール材
１８ 第一の絶縁層
１９ 第二の絶縁層
２０ 固体高分子電解質形燃料電池
２８ａ，２８ｂ 第一の過酸化水素分解層
２９ａ，２９ｂ 第二の過酸化水素分解層
３０ 固体高分子電解質形燃料電池
３４ 第一のガス拡散層
３５ 第二のガス拡散層
３９ スペーサ
４０ 固体高分子電解質形燃料電池
４２ 燃料極膜
４３ 酸化極膜
４４ 第一のガス拡散層
４５ 第二のガス拡散層
５０ 固体高分子電解質形燃料電池
５９ スペーサ
６０ 固体高分子電解質形燃料電池
６９ 第三の絶縁層
７０ 固体高分子電解質形燃料電池
７９ 第三の絶縁層
８０ 固体高分子電解質形燃料電池
８７ａ，８７ｂ シール材
９０ 固体高分子電解質形燃料電池
９１ 固体高分子電解質膜
９１ａ 周縁部

Claims (10)

1. 固体高分子電解質膜の一方面及び他方面に電極膜を配設した固体高分子電解質膜電極接合体と、
   前記固体高分子電解質膜電極接合体の一方面側の前記電極膜上を覆うように配設された第一のガス拡散層と、
   前記固体高分子電解質膜電極接合体の他方面側の前記電極膜上を覆うように配設された第二のガス拡散層と、
   前記ガス拡散層を介して前記固体高分子電解質膜電極接合体の一方面側及び他方面側にそれぞれ配設されるセパレータと
   を備えている固体高分子電解質形燃料電池において、
   前記固体高分子電解質膜電極接合体の前記固体高分子電解質膜と前記第一のガス拡散層及び前記第二のガス拡散層のうちの少なくとも一方との直接的な接触を防止するように当該固体高分子電解質膜と当該第一のガス拡散層及び当該第二のガス拡散層のうちの少なくとも一方との間に設けられて当該固体高分子電解質膜と当該第一のガス拡散層及び当該第二のガス拡散層のうちの少なくとも一方との間でのラジカルの発生を抑制する第一の劣化抑制材を備えている
   ことを特徴とする固体高分子電解質形燃料電池。
2. 固体高分子電解質膜の一方面及び他方面に電極膜を配設した固体高分子電解質膜電極接合体と、
   前記固体高分子電解質膜電極接合体の一方面側の前記電極膜上を覆うように配設された第一のガス拡散層と、
   前記固体高分子電解質膜電極接合体の他方面側の前記電極膜上を覆うように配設された第二のガス拡散層と、
   前記ガス拡散層を介して前記固体高分子電解質膜電極接合体の一方面側及び他方面側にそれぞれ配設されるセパレータと
   を備えている固体高分子電解質形燃料電池において、
   前記第一のガス拡散層及び前記第二のガス拡散層のうちの少なくとも一方が、前記固体高分子電解質膜電極接合体の前記固体高分子電解質膜と接触することなく前記電極膜上のみに設けられている
   ことを特徴とする固体高分子電解質形燃料電池。
3. 固体高分子電解質膜の一方面及び他方面に電極膜を配設した固体高分子電解質膜電極接合体と、
   前記固体高分子電解質膜電極接合体の一方面側の前記電極膜上を覆うように配設された第一のガス拡散層と、
   前記固体高分子電解質膜電極接合体の他方面側の前記電極膜上を覆うように配設された第二のガス拡散層と、
   前記ガス拡散層を介して前記固体高分子電解質膜電極接合体の一方面側及び他方面側にそれぞれ配設されるセパレータと
   を備えている固体高分子電解質形燃料電池において、
   前記固体高分子電解質膜電極接合体の前記電極膜から露出する前記固体高分子電解質膜の周縁側が、過酸化水素を水及び酸素に分解してラジカルの発生を抑制する劣化抑制材を含有している
   ことを特徴とする固体高分子電解質形燃料電池。
4. 請求項１又は請求項２において、
   前記固体高分子電解質膜電極接合体の前記固体高分子電解質膜と前記第一のガス拡散層及び前記第二のガス拡散層のうちの少なくとも一方との直接的な接触を防止するように当該固体高分子電解質膜と当該第一のガス拡散層及び当該第二のガス拡散層のうちの少なくとも一方の周縁端に設けられて当該固体高分子電解質膜と当該第一のガス拡散層及び当該第二のガス拡散層のうちの少なくとも一方との間でのラジカルの発生を抑制する第二の劣化抑制材を備えている
   ことを特徴とする固体高分子電解質形燃料電池。
5. 請求項１から請求項３のいずれかにおいて、
   前記固体高分子電解質膜電極接合体の前記固体高分子電解質膜と前記セパレータとの間に空間が設けられている
   ことを特徴とする固体高分子電解質形燃料電池。
6. 請求項５において、
   前記固体高分子電解質膜電極接合体の前記固体高分子電解質膜と前記セパレータとの直接的な接触を防止するように前記空間に設けられて当該固体高分子電解質膜と当該セパレータとの間でのラジカルの発生を抑制する第三の劣化抑制材を備えている
   ことを特徴とする固体高分子電解質形燃料電池。
7. 請求項１、請求項４、請求項６のいずれかにおいて、
   前記劣化抑制材が、
   電気的な絶縁性を有するものである
   ことを特徴とする固体高分子電解質形燃料電池。
8. 請求項１、請求項４、請求項６のいずれかにおいて、
   前記劣化抑制材が、
   過酸化水素を水及び酸素に分解するものである
   ことを特徴とする固体高分子電解質形燃料電池。
9. 請求項１、請求項４、請求項６のいずれかにおいて、
   前記劣化抑制材が、
   前記第一のガス拡散層及び前記第二のガス拡散層のうちの少なくとも一方の周縁よりも延設された前記電極膜の周縁である
   ことを特徴とする固体高分子電解質形燃料電池。
10. 請求項６において、
    前記第三の劣化抑制材が、
    隣り合う前記セパレータの周縁の間をシールするシール材である
    ことを特徴とする固体高分子電解質形燃料電池。

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