人工智能的突破[[1], [2], [3], [4], [5]]、物联网[6,7]和个性化医学[[8], [9], [10], [11]]正在驱动电子纺织品的快速涌现[12,13]。通过将电子功能集成到分层次的1D纤维和2D织物架构中,电子纺织品已超越传统服装的范畴,实现了涵盖医疗保健[14]、军事[[15], [16], [17]]、航空航天[[18], [19], [20]]、农业[21]、建筑[[22], [23], [24]]和交通[25,26]等领域的广泛应用。随着功能要求的不断提升,市场对储能单元的需求日益增长——这些储能单元需要将高性能电化学指标与传统电源的物理体积解耦,从而实现与日常服装的无缝集成[[27], [28], [29], [30]]。在众多可用技术中,TSCs凭借其固有的安全性、高功率能力和长使用寿命,以及与纱线、织物和服装直接集成所必需的机械顺应性,受到了特别的关注[[31], [32], [33], [34]]。近期的综述文章从活性材料[[35], [36], [37]]、结构工程[[38], [39], [40], [41]]、制造技术[42,43]以及柔性可穿戴电子中的新兴应用[44]等角度,全面总结了TSCs的快速发展。然而,这些研究主要强调了器件性能和功能集成的改进,相比之下,对制造视角的关注较少,特别是关于可扩展制造的工程原理、工业相容性以及将实验室规模技术转化为工业纺织生产的途径。
由于电极同时决定了电荷存储行为、机械完整性和可制造性,其可扩展制造成为实际TSCs应用的关键先决条件。从制造的角度来看,纺织电极可根据其维度架构大致分为两种互补的工程范式。1D纤维电极可以通过纺丝、织造、编织、刺绣和缝制等方式轻松集成到纺织结构中,为多功能可穿戴系统提供了卓越的设计灵活性[[45], [46], [47], [48], [49]]。相比之下,2D织物电极则利用成熟的纺织制造和整理技术,实现大面积、结构集成的储能纺织品。根据纺织架构的不同,机织物具有优异的尺寸稳定性和面能量密度,针织物展现出出色的变形能力和应变耐受性,而无纺织物则拥有高度多孔的互连网络,有利于电解质传输和活性材料负载[[50], [51], [52]]。这些基本的架构差异导致了不同的加工路线、工程约束、可扩展性瓶颈和工业集成途径,使得对1D和2D电极制造的独立评估至关重要。
本文基于下一代可穿戴纺织系统不断增长的需求,通过系统评估TSCs中1D纤维和2D织物电极的可扩展制造技术,建立了一个综合的面向制造的框架。如图1所示,本综述首先探讨了决定可扩展TSCs的市场需求和工程约束。随后从加工原理、制造特性、绿色可持续性、可扩展潜力和工业相容性等角度,系统评估了1D纤维和2D织物电极的代表性制造策略。最后,讨论了未来研究重点,包括工艺集成、与高速纺织制造的相容性、人工智能驱动的智能制造、面向全生命周期的可持续性,以及连接实验室规模创新与工业生产规模纺织制造所需的标准化认证策略。通过这一综合工程框架,本综述不仅总结了代表性的可扩展制造技术,还建立了一套系统方法用于评估其可制造性、工业相容性和可扩展潜力,从而为TSCs的工业化转化提供战略指导。