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Water-in-Salt Electrolytes Embedded in Polyacrylamide Hydrogels: A First Step toward Deformable Sodium-Ion Batteries

  • The development of flexible, safe, and sustainable Energy storage systems is critical for next-generation technologies, including wearable electronics, biomedical devices, and soft robotics. In this work, we provide a systematic investigation of sodium perchlorate-based water-in-salt (WIS) electrolytes embedded in polyacrylamide (PAM) hydrogels as a potential platform for deformable sodium-ion batteries or aqueous supercapacitors. Using Raman spectroscopy, we track the transition from free to intermediate water states with increasing salt concentration, identifying the onset of the WIS regime around 10 mol kg−1. Electrochemical measurements reveal that both the aqueous and hydrogel-based electrolytes exhibit a broadened electrochemical stability window (ESW) at higher salt concentrations, reaching up to 2.75 V. Impedance spectroscopy shows that while aqueous electrolytes achieve higher peak conductivity (156 mS cm−1), hydrogel-based electrolytes offer greater stability across a rangeThe development of flexible, safe, and sustainable Energy storage systems is critical for next-generation technologies, including wearable electronics, biomedical devices, and soft robotics. In this work, we provide a systematic investigation of sodium perchlorate-based water-in-salt (WIS) electrolytes embedded in polyacrylamide (PAM) hydrogels as a potential platform for deformable sodium-ion batteries or aqueous supercapacitors. Using Raman spectroscopy, we track the transition from free to intermediate water states with increasing salt concentration, identifying the onset of the WIS regime around 10 mol kg−1. Electrochemical measurements reveal that both the aqueous and hydrogel-based electrolytes exhibit a broadened electrochemical stability window (ESW) at higher salt concentrations, reaching up to 2.75 V. Impedance spectroscopy shows that while aqueous electrolytes achieve higher peak conductivity (156 mS cm−1), hydrogel-based electrolytes offer greater stability across a range of concentrations. This observation was supported by cyclic voltammetry, as it showed enhanced electrochemical stability of the PAM hydrogel compared to the aqueous electrolyte. This comprehensive and systematic study demonstrates that highly concentrated WIS electrolytes can be successfullyembedded into PAM hydrogels, while preserving good electrochemical stability and ionic conductivity. This could make them a promising foundation for all-hydrogel, sodium-based energy storage devices that are safe, sustainable, and mechanically compliant.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Phillip D. H. NitzORCiD, Paul Rosaz, Daniela Kreysina, Dawid Kasprzak, Naiyu QiORCiD, Johannes Baller, Gustav GraeberORCiD
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):ACS Applied Polymer Materials
Jahr der Erstveröffentlichung:2025
Organisationseinheit der BAM:3 Gefahrgutumschließungen; Energiespeicher
3 Gefahrgutumschließungen; Energiespeicher / 3.0 Abteilungsleitung und andere
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:American Chemical Society (ACS)
Aufsatznummer:acsapm.5c03031
Erste Seite:1
Letzte Seite:8
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Angewandte Physik
Freie Schlagwörter:Battery
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Energie
Energie / Elektrische Energiespeicher und -umwandlung
DOI:10.1021/acsapm.5c03031
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-653156
ISSN:2637-6105
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:08.01.2026
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:08.01.2026
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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