開放源碼液流電池：再生能源儲能裝置的快速原型製造

大家好，我是柯克・史密斯（Kirk Smith），一名科研人員，目前任職於液流電池研究聯盟（FBRC），專注投入開放源碼液流電池的研發工作。我們的首要目標是打造一套適用於研究與教學的實驗套件，最終推出可正常運作的液流電池產品。現階段研究範疇涵蓋機械工程、化學工程與相關化學領域。

液流電池具備低成本、高安全性、可永續儲能等優勢，也是我們團隊的主要研究方向。經驗證，即便在居家實驗室、創客空間這類資源有限的業餘實驗環境中，也能完成液流電池的研發。液流電池結構相對簡單，且採用水系電解液，研發與生產無須像鋰離子電池一樣仰賴昂貴的專業設備，能夠以低門檻、低成本展開研發作業。

液流電池單體電芯（版權：創用 CC 授權 CC BY‑SA，液流電池研究聯盟）

我們希望透過技術普及與開放源碼研發模式，加速液流電池領域的技術創新。最終，我們規劃對外發布可商業化的開放源碼設計方案與初代原型產品。

而要達成此目標，必須針對電池的微觀性能進行精準的小規模測試。為此，我們研發這套實驗套件，用於可重現的科學研究測試與教學應用。

從創客空間到高精度零組件：開放源碼液流電池的工程研發

團隊成員最初透過網路部落格相識，成員分別來自歐盟不同國家，採取跨區域分散式研發模式：由我在法國完成零件設計，喬希在荷蘭莉莉原型實驗室進行加工製造，再由丹尼爾在西班牙執行實驗測試。此模式在融沉積成型（FDM）3D 列印製作初期原型的階段運作順利。

我們計畫打造一套高性价比、易於生產且零組件易取得的液流電池實驗套件。其中一項核心創新為：電芯採用價格低廉、容易取得的石墨箔墊片做為集電體，取代成本高昂、採購不易的雙極板。此外，除液流電芯與電解液之外，我們規劃將整套系統全面開放源碼，包含幫浦、管路、儲液槽、治具夾具、電力電子元件等各項配件。細節決定成敗，我們力求建置一套完整系統，最大限度降低技術入門門檻。

初代電芯必須使用聚丙烯機械加工零件。我們曾嘗試 FDM 列印，但成品的尺寸精度與剛性皆不符合要求；光固化（樹脂）列印件則無法與電解液達到化學相容。

聚丙烯零件初代列印測試，聚丙烯為 FDM 列印典型的難加工材料

電芯早期原型，可見 FDM 列印聚丙烯件出現嚴重翹曲變形

創新與規模化：數位製造助力開放源碼儲能研發

桑利・法伊茲（Sanli Faez）教授透過其 公平電池（FAIR Battery）專案，邀請我們前往荷蘭舉辦專題工作坊，向與會者介紹專案並組裝水介質電芯。當時我們預計製作 10 套完整實驗套件，短期內需加工 20 個電芯本體零件。

Xometry 擇冪科技便是在此階段協助我們推進專案。我們專注於科學研究與技術開發，並不擅長零組件製造。部分應用場景中，銑削加工零件為必要選擇，因此我們選擇 Xometry 擇冪科技協助製作工作坊所需零件。

FDM 列印無法製作出剛性充足、無滲漏問題的聚丙烯零件，光固化樹脂列印也無法達到使用標準。實驗使用的電解液含有三碘化物，具備化學反應活性，會與 ABS 等常見 FDM 列印材料產生反應，即便這類材料在酸性電解液中表現穩定。因此，在確認電芯結構與設計方案可行後，我們決定採用整塊聚丙烯進行銑削加工。僅微調一處設計：新增螺孔，用於安裝市售倒鉤接頭，此結構不適合直接以銑削一體成型。

零件準時交貨，現場組裝作業全程順利，工作坊圓滿落幕。

由 Xometry 擇冪科技加工的聚丙烯工作坊專用零件

工作坊組裝完成的電芯硬體組件

工作坊參與者組裝電芯

電芯鎖固作業

對組裝完成的電芯手動注水，執行滲漏測試

安裝於治具夾具內、搭配完整系統組件的成品電芯

工作坊結束後，我們持續迭代優化實驗套件，簡化部分製程，現階段已不需使用機械加工塑膠零件，但部分金屬零組件仍須透過減材加工工藝製作。

身為開放源碼硬體研發人員，我們十分羨慕軟體開發者：僅需複製程式碼倉庫就能參與開發與貢獻。現今電路板（PCB）工程師擁有 KiCAD 等標準化開放源碼工具，搭配眾多可快速交貨的製造商，大幅降低 PCB 專案的研發門檻、縮短迭代時程。

隨著數位製造服務與 FreeCAD 等開放源碼機械電腦輔助設計工具普及，全球開發者能更便利地設計、測試客製化零件。當 3D 列印無法滿足使用需求時，許多開放源碼專案常因難以接觸具備傳統加工設備與專業技術人員的工廠而停滯不前。而透過 Xometry 擇冪科技這類數位製造服務，我們的專案得以突破限制、持續創新與迭代，也讓更多人能夠重現研發成果、投入專案開發。