开源液流电池：可再生能源储能装置的快速原型制造

大家好，我是柯克・史密斯（Kirk Smith），一名科研工作者，目前隶属于液流电池研究联盟（FBRC），致力于研发开源液流电池。我们的首要目标是打造一套可用于研究与教学的实验套件，最终落地一款可正常工作的液流电池产品，现阶段工作涉及机械工程、化学工程及化学相关研究。

液流电池具备低成本、安全性高、可持续储能的优势，因此受到我们团队的重点关注。我们已验证，在家庭实验室、创客空间这类简易业余实验环境中，仅依靠有限资源即可完成液流电池研发。液流电池结构相对简单，且采用水系电解液，研发与生产无需像锂离子电池那样依赖造价高昂的专业设备，因此能够实现低投入研发。

我们希望通过技术普惠与开源研发模式，加快液流电池领域的创新进程。最终，我们计划发布可商用的开源设计方案与初代原型产品。

而实现这一目标，需要对电池微观性能开展精准小尺度测试。为此我们研发了这款实验套件，用于可复现的科研测试与教学实践。

从创客空间到高精度零部件：开源液流电池的工程研发

我们的团队成员最初通过网络博客结识，分别身处欧盟不同国家，项目采用跨地域分布式研发模式：我在法国完成零件设计，乔希在荷兰莉莉原型实验室加工制造，再由丹尼尔在西班牙开展实验测试。该模式在熔融沉积成型（FDM）3D 打印的初期原型阶段运行良好。

我们计划打造一套性价比高、易于生产且零部件易采购的液流电池实验套件。其中一项核心创新为：电芯采用廉价易得的石墨箔垫片作为集流体，替代成本高昂、采购困难的双极板。同时，除液流电芯与电解液外，我们计划实现整套系统的开源，涵盖泵体、管路、储液罐、工装夹具、电力电子元件等。细节决定成败，我们力求打造完整系统，最大限度降低技术准入门槛。

初代电芯需要聚丙烯机加工零件。我们曾尝试 FDM 打印，但成品尺寸精度与刚性不足；光固化（树脂）打印件则无法与电解液实现化学兼容。

聚丙烯零件初代打印测试，聚丙烯为 FDM 打印的典型难加工材料

电芯早期原型，可见 FDM 打印聚丙烯件出现严重翘曲变形

创新规模化：数字化制造赋能开源储能研发

桑利・法伊兹（Sanli Faez）教授通过其公平电池（FAIR Battery） 项目，邀请我们在荷兰举办专题工作坊，向参与者介绍项目并组装电芯（以水为介质）。我们计划制作 10 套完整实验套件，短期内需要加工 20 个电芯主体零件。

Xometry 择幂科技正是在此阶段助力我们推进项目。我们深耕科研领域，擅长技术研发而非零部件制造。部分应用场景中，铣削加工零件无可替代，因此我们选择Xometry 择幂科技加工工作坊所需零件。

FDM 打印无法制备刚性达标、无渗漏的聚丙烯零件，光固化树脂打印也达不到使用要求。测试所用电解液含三碘化物，具有反应活性，会与 ABS 等常规 FDM 材料发生反应，即便这类材料在酸性电解液中性能稳定。因此，在验证电芯结构与方案可行后，我们决定采用整块聚丙烯铣削加工零件。仅需一处设计调整：新增螺纹孔，用于安装市售倒刺接头，该结构不适合直接铣削成型。

零件按时交付，现场组装全程顺利，工作坊圆满完成。

由Xometry 择幂科技加工的聚丙烯工作坊专用零件

工作坊组装完成的电芯硬件组件

工作坊参与者组装电芯

电芯紧固作业

向组装完成的电芯手动泵水，开展渗漏测试

安装在工装夹具内、配套完整系统组件的成品电芯

工作坊结束后，我们迭代优化了实验套件，简化了部分制造流程，现已无需机加工塑料件，但部分金属零部件仍需采用减材加工工艺制备。

作为开源硬件研发者，我们十分羡慕软件开发者：仅需复制代码仓库即可参与开发贡献。如今印制电路板（PCB）工程师拥有 KiCAD 等标准化开源工具，大量制造商可实现快速交付，大幅降低 PCB 项目研发门槛、缩短迭代周期。

依托数字化制造服务与 FreeCAD 等开源机械 CAD 工具，全球开发者将更便捷地设计、测试定制零件。当 3D 打印无法满足使用需求时，许多开源项目会因难以接触配备传统加工设备、专业技工的机加工车间而停滞。而借助Xometry 择幂科技这类数字化制造服务，我们的项目能够摆脱限制，持续创新迭代，也便于更多人复刻成果、参与研发。