Một hệ thống pin nhiên liệu metanol trực tiếp bao gồm 2 điện cực và ở giữa là một lớp màng trao đổi ion. Những điện cực (anot và catot) đƣợc liên kết mật thiết với bề mặt của lớp màng. Tại mỗi điện cực cũng đƣợc chia làm 3 lớp là: lớp xúc tác, lớp khuếch tán và lớp bên trong (backing layer). Bề dày của các điện cực cũng nhƣ lớp màng không quá 1mm.
Cấu tạo và công dụng của các bộ phận:
Catot (Cathode)
Catot là một điện cực mà tại đó sẽ tiếp nhận và diễn ra quá trình khử oxy. Tại catot cũng là nơi giúp các ion hydro và oxy kết hợp với nhau và tạo thành nƣớc.
Anot (Anode)
Anot cũng là một điện cực có cấu tạo và hình dạng giống nhƣ catot. Nó là nơi tiếp nhận nguồn nguyên liệu giàu ion hydro và cũng giống nhƣ một lớp màng
lọc chỉ cho phép ion thích hợp đi xuyên qua nhƣng ngăn cản các electron. Đối với pin nhiện liệu metanol trực tiếp sản phẩm ở anot ngoài nhiệt, điện còn có thêm khí cacbonic (CO2).
Lớp màng trao đổi proton (Proton exchange membrane)
Lớp màng này nằm ở trung tâm của hệ thống pin và đƣợc cấu tạo từ Nafion. Nó có tác dụng nhƣ một thiết bị lọc chỉ những proton hoặc ion thích hợp đƣợc đi qua và ngăn không cho electron lọt qua. Một điểm cần lƣu ý là lớp màng này phải thƣờng xuyên hydrat hóa để các ion có thể dễ dàng đi qua, muốn vậy chúng ta phải quan tâm đến lƣợng nƣớc sử dụng không đƣợc bay hơi nhanh so với lƣợng nƣớc tạo ra trong pin.
Lớp xúc tác (Catalytic layer)
Lớp này đƣợc cấu tạo từ một hỗn hợp của chất xúc tác và ionome. Nó có tác dụng trộn các electron và ion có tính dẫn điện. Chất xúc tác thông thƣờng là platin hoặc hợp kim của nó đƣợc gắn trên carbon hay trực tiếp trên các điện cực.
Lớp khuếch tán (Diffusion layer)
Lớp khuếch tán thƣờng là hỗn hợp của carbon và polytetrafluorosul-phoric với tính kỵ nƣớc rất thích hợp cho việc vận chuyển phân tử oxy đến chỗ các hạt xúc tác trên điện cực catot hoặc giải phóng khí cacbonic trên anot.