Um legado duradouro – e valioso | Notícias do MIT

Betar Gallant, Professor Associado do MIT e Presidente de Desenvolvimento de Carreira para a Classe de 1922 em Engenharia Mecânica, foi criado em uma família curiosa e de mentalidade independente. Sua mãe teve vários empregos ao longo dos anos, incluindo planejamento urbano e geoespacial. Seu pai, embora formalmente educado em inglês, leu livros didáticos de todos os tipos de capa a capa, aprendeu sozinho e trabalhou com sucesso em muitas áreas técnicas, incluindo engenharia. Quando Gallant era muito jovem, ela e seu pai realizaram experimentos científicos no porão.

No entanto, ela diz que só se envolveu com ciência na adolescência. Seu pai, que estava doente há cinco anos, morreu quando Gallant tinha 16 anos, e enquanto ela sofria “quando mais senti sua falta”, ela começou a mergulhar no que tanto fascinava seu pai.

“Comecei a ter um interesse mais profundo nas coisas em que ele trabalhou toda a sua vida, a me sentir mais perto dele em sua ausência”, diz Gallant. “Em um verão, passei longos meses analisando algumas das coisas em que ele estava trabalhando e me vi lendo livros de física. Isso foi o suficiente e eu fui fisgado.”

O amor por encontrar e entender soluções de forma independente, que aparentemente herdou de seus pais, acabou por levá-la ao amor profissional de sua vida: a eletroquímica.

Como estudante de graduação no MIT, Gallant conduziu um projeto do Programa de Oportunidades de Pesquisa de Graduação com o grupo de pesquisa do professor Yang Shao-Horn desde seu segundo ano até seu trabalho de pós-graduação. Este foi o primeiro contato oficial de Gallant com a eletroquímica.

“Quando conheci Yang, ela me mostrou muito rapidamente como a eletroquímica pode ser desafiadora e gratificante, e foi realmente atraente e emocionante ver ela e os membros de seu grupo falando sobre pesquisa”, diz Gallant. “Foi revelador, e tenho sorte que ela era uma eletroquímica (relativamente rara) em um departamento de engenharia mecânica, caso contrário, eu provavelmente não teria sido capaz de seguir esse caminho”.

Gallant obteve três diplomas do MIT (’08, SM ’10 e PhD ’13). Antes de ingressar no corpo docente do MIT em 2016, ela foi bolsista de pós-doutorado do Kavli Nanoscience Institute Prize no Caltech no Departamento de Química e Engenharia Química.

Sua paixão pela eletroquímica é enorme. “Os elétrons são simplesmente incríveis – eles alimentam muito do nosso mundo cotidiano e são a chave para um futuro renovável”, diz ela, explicando que, apesar do incrível potencial dos elétrons, elétrons isolados não podem ser armazenados e produzidos sob demanda porque “a natureza não permite quantidades excessivas de desequilíbrios de carga para acumular.”

No entanto, os elétrons podem ser armazenados em moléculas, em ligações e em íons metálicos ou centros não metálicos que podem doar e aceitar elétrons – desde que haja transferências de carga positiva para aceitar os elétrons.

“É aqui que entra a química”, diz Gallant. “Que tipos de moléculas ou materiais podem se comportar assim? Como armazenamos o máximo de carga possível, mantendo o peso e o volume o mais baixo possível?”

Gallant ressalta que os primeiros desenvolvedores de baterias usaram lítio e íon para criar uma tecnologia que “indiscutivelmente moldou nosso mundo moderno mais do que qualquer outra.

“Se você olhar para alguns artigos anteriores, os conceitos de como funciona uma bateria de íons de lítio ou ânodo de lítio-metal foram desenhados à mão – eles foram inferidos como verdadeiros antes que o campo tivesse as ferramentas para colocá-los todos os mecanismos para provar realmente surgiram – mas mesmo agora essas ideias estão se mostrando corretas!”

Gallant diz: “Isso porque quando você realmente entende os princípios básicos da eletroquímica, pode começar a entender intuitivamente como os sistemas vão se comportar. Uma vez que você pode fazer isso, você pode realmente começar a projetar melhores materiais e dispositivos.”

Na verdade, filha de seu pai, Gallant atribui grande importância a encontrar soluções de forma independente.

“Em última análise, é uma corrida pelos melhores modelos mentais”, diz ela. “Um grande laboratório e muito dinheiro e pessoal para executá-lo é muito bom, mas as ferramentas mais valiosas na caixa de ferramentas são modelos mentais sólidos e uma maneira de pensar sobre eletroquímica que é realmente muito individual, dependendo do pesquisador.”

Ela diz que um projeto de impacto imediato emergente de seu Gallant Energy and Carbon Conversion Lab está relacionado ao trabalho com baterias primárias (não recarregáveis) que ela e sua equipe estão trabalhando para comercializar. Novos eletrólitos eletroquimicamente ativos são injetados nas principais baterias de alta energia durante a montagem. A substituição de um eletrólito tradicional pela nova química reduz o peso normalmente inativo da bateria e aumenta significativamente a energia, diz Gallant. Uma aplicação importante dessas baterias seria em dispositivos médicos, como marca-passos cardíacos.

“Se você pode prolongar a vida útil, está falando de tempos mais longos entre cirurgias de substituição invasivas, o que realmente afeta a qualidade de vida dos pacientes”, diz ela.

A equipe de Gallant também está liderando os esforços para permitir baterias de íons de lítio recarregáveis ​​de maior energia para veículos elétricos. A chave para mudar gradualmente a energia e, portanto, o alcance, é usar um ânodo de metal de lítio em vez de grafite. No entanto, o metal lítio é altamente reativo com todos os eletrólitos da bateria, e sua interface precisa ser estabilizada de maneira que ilude os pesquisadores. A equipe de Gallant está desenvolvendo diretrizes de projeto para tais interfaces e para eletrólitos de próxima geração para formar e manter essas interfaces. Gallant diz que aplicar a tecnologia para esse fim e comercializá-la “seria um pouco mais longo, mas acredito que a mudança para os ânodos de lítio acontecerá e é apenas uma questão de quando”.

Quando Gallant montou seu laboratório há cerca de seis anos, ela e sua equipe começaram a introduzir dióxido de carbono em baterias para experimentar a conversão eletroquímica do gás de efeito estufa. Ela diz que eles perceberam que as baterias não são a melhor tecnologia prática para mitigar o CO_2, mas seus experimentos abriram novos caminhos para a captura e conversão de carbono. “Esse trabalho nos permitiu pensar criativamente e começamos a ver que havia um tremendo potencial para manipular CO₂ Reações através de um projeto cuidadoso do ambiente eletroquímico.” Isso deu a sua equipe a ideia de realizar conversões eletroquímicas em CO₂ de um estado preso vinculado a um sorvente de captura, substitui a etapa de regeneração com uso intensivo de energia dos processos de captura atuais e agiliza o processo.

“Agora também estamos vendo outros pesquisadores trabalhando nisso e levando essa ideia em direções interessantes – é um assunto muito desafiador e muito rico”, diz ela.

Gallant ganhou prêmios, incluindo um MIT Bose Fellowship, o Army Research Office Young Investigator Award, o Scialog Fellowship in Energy Storage and in Negative Emissions Science, um CAREER Award da National Science Foundation e o Ruth and Joel Spira Award for Distinguished Teaching na MIT, o Prêmio de Início de Carreira da Divisão de Baterias da Sociedade Eletroquímica (ECS) e um Prêmio Jovem Investigador ECS-Toyota.

Atualmente, Gallant tem alguns de seus melhores pensamentos em brainstorming com membros de seu grupo de pesquisa e com seu marido, que também é acadêmico. Ela diz que ser professora no MIT significa que ela tem “um monte de coisas para pensar”, mas às vezes ela é recompensada com uma revelação.

“Meu cérebro fica sobrecarregado porque não consigo pensar em tudo imediatamente; As ideias têm que se encaixar! Então, sempre há muita coisa acontecendo nos bastidores”, diz ela. “Eu não sei como isso funciona, mas às vezes eu vou dar uma volta ou fazer outra coisa e uma ideia surge. Esses são os mais divertidos.”