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2022-09-16Un legado duradero y valioso

MIT |La profesora Betar Gallant aborda la electroquímica con una fuerte inclinación, heredada de su familia, a resolver las cosas de forma independiente.

Betar Gallant, profesor asociado del MIT y Cátedra de Desarrollo de Carrera en Ingeniería Mecánica de la Clase de 1922, creció en una familia curiosa e independiente. Su madre tuvo múltiples trabajos a lo largo de los años, incluso en planificación urbana y en el campo geoespacial. Su padre, aunque tenía una formación formal en inglés, leyó libros de texto de todo tipo de cabo a rabo, aprendió por sí mismo numerosos campos técnicos, incluida la ingeniería, y trabajó con éxito en ellos. Cuando Gallant era muy joven, ella y su padre hicieron experimentos científicos en el sótano.

Sin embargo, no fue hasta su adolescencia que dice que se sintió atraída por la ciencia. Su padre, que había enfermado cinco años antes, murió cuando Gallant tenía 16, y en medio del duelo, “cuando más lo extrañaba”, empezó a mirar lo que había cautivado a su padre.

“Empecé a interesarme más en las cosas en las que había pasado su vida trabajando como una forma de sentirme más cerca de él en su ausencia”, dice Gallant. “Pasé unos largos meses un verano mirando algunas de las cosas en las que había trabajado y me encontré leyendo libros de texto de física. Eso fue suficiente y me enganché”.

El amor por encontrar y comprender soluciones de forma independiente, que aparentemente había heredado de sus padres, finalmente la llevó al amor profesional de su vida: la electroquímica.

Como estudiante de pregrado en el MIT, Gallant realizó un proyecto del Programa de Oportunidades de Investigación de Pregrado con el grupo de investigación de la profesora Yang Shao-Horn que abarcó desde su segundo año hasta su tesis de último año. Esta fue la primera exposición oficial de Gallant a la electroquímica.

“Cuando conocí a Yang, me mostró muy rápidamente cuán desafiante y enriquecedora puede ser la electroquímica, y había una verdadera convicción y entusiasmo en la forma en que ella y los miembros de su grupo hablaban sobre la investigación”, dice Gallant. "Fue totalmente revelador, y tengo la suerte de que ella era una electroquímica (relativamente rara) en un departamento de ingeniería mecánica, de lo contrario, probablemente no habría podido seguir ese camino".

Gallant obtuvo tres títulos en el MIT (´08, SM ´10 y PhD ´13). Antes de unirse a la facultad del MIT en 2016, fue becaria posdoctoral del Premio del Instituto de Nanociencia Kavli en Caltech en la División de Química e Ingeniería Química.

Su pasión por la electroquímica es enorme. "Los electrones son simplemente deslumbrantes: alimentan gran parte de nuestro mundo cotidiano y son la clave para un futuro renovable", dice, explicando que a pesar del increíble potencial de los electrones, los electrones aislados no se pueden almacenar y producir a pedido, porque "la naturaleza no permite la acumulación excesiva de desequilibrios de carga".

Sin embargo, los electrones pueden almacenarse en moléculas, en enlaces y en iones metálicos o centros no metálicos que pueden perder y ganar electrones, siempre que se produzcan transferencias de carga positiva para acomodar los electrones.

“Aquí es donde la química asoma la cabeza”, dice Gallant. “¿Qué tipos de moléculas o materiales pueden comportarse de esta manera? ¿Cómo almacenamos la mayor cantidad de carga posible mientras hacemos que el peso y el volumen sean lo más bajos posible?

Gallant señala que los primeros desarrolladores de baterías que usaban litio e iones crearon una tecnología que “posiblemente ha dado forma a nuestro mundo moderno más que cualquier otra.

“Si observa algunos de los primeros documentos, los conceptos de cómo funcionaba una batería de iones de litio o un ánodo de metal de litio se esbozaron a mano; se dedujo que eran ciertos, incluso antes de que el campo tuviera las herramientas para probar todos los mecanismos. estaban ocurriendo en realidad, ¡pero incluso ahora, esas ideas siguen resultando ser correctas!

Gallant dice, “eso se debe a que si realmente comprende los principios básicos de la electroquímica, puede comenzar a intuir cómo se comportarán los sistemas. Una vez que pueda hacer eso, realmente podrá comenzar a diseñar mejores materiales y dispositivos”.

Verdaderamente hija de su padre, el énfasis de Gallant está en encontrar soluciones de forma independiente.

“En última instancia, es una carrera para tener los mejores modelos mentales”, dice ella. "Un gran laboratorio y una gran cantidad de fondos y personal para operarlo son muy buenos, pero las herramientas más valiosas en la caja de herramientas son modelos mentales sólidos y una forma de pensar sobre la electroquímica, que en realidad es muy personalizada según el investigador".

Ella dice que un proyecto con impacto inmediato que está saliendo de su Gallant Energy and Carbon Conversion Lab se relaciona con el trabajo de batería primaria (no recargable) que ella y su equipo están trabajando para comercializar. Se trata de inyectar nuevos electrolitos electroquímicamente activos en las principales baterías de alta energía a medida que se ensamblan. Reemplazar un electrolito convencional con la nueva química disminuye el peso normalmente inactivo de la batería y aumenta sustancialmente la energía, dice Gallant. Una aplicación importante de tales baterías sería para dispositivos médicos como marcapasos.

“Si puede extender la vida útil, está hablando de tiempos más prolongados entre cirugías de reemplazo invasivas, lo que realmente afecta la calidad de vida del paciente”, dice.

El equipo de Gallant también está liderando esfuerzos para habilitar baterías recargables de iones de litio de mayor energía para vehículos eléctricos. La clave para un cambio radical en la energía y, por lo tanto, en el rango de conducción, es usar un ánodo de metal de litio en lugar de grafito. Sin embargo, el metal de litio es altamente reactivo con todos los electrolitos de la batería, y su interfaz debe estabilizarse de maneras que aún eluden a los investigadores. El equipo de Gallant está desarrollando pautas de diseño para tales interfaces y para electrolitos de próxima generación para formar y mantener estas interfaces. Gallant dice que aplicar la tecnología para ese propósito y comercializarla sería "un poco más a largo plazo, pero creo que este cambio a los ánodos de litio ocurrirá, y es solo cuestión de cuándo".

Hace unos seis años, cuando Gallant fundó su laboratorio, ella y su equipo comenzaron a introducir dióxido de carbono en las baterías como una forma de experimentar con la conversión electroquímica del gas de efecto invernadero. Ella dice que se dieron cuenta de que las baterías no presentan la mejor tecnología práctica para mitigar el CO2, pero su experimentación abrió nuevos caminos para la captura y conversión de carbono. “Ese trabajo nos permitió pensar creativamente y comenzamos a darnos cuenta de que existe un tremendo potencial para manipular las reacciones de CO2 mediante el diseño cuidadoso del entorno electroquímico”. Eso llevó a su equipo a la idea de realizar transformaciones electroquímicas en COde un estado capturado unido a un sorbente de captura, reemplazando el paso de regeneración de uso intensivo de energía de los procesos de captura actuales y agilizando el proceso.  

“Ahora estamos viendo a otros investigadores trabajando en eso también, y tomando esta idea en direcciones emocionantes: es un tema muy desafiante y muy rico”, dice ella.

Gallant ha ganado premios que incluyen una Beca Bose del MIT, el Premio al Investigador Joven de la Oficina de Investigación del Ejército, la Beca Scialog en Almacenamiento de Energía y Ciencia de Emisiones Negativas, un premio CARRERA de la Fundación Nacional de Ciencias, el Premio Ruth y Joel Spira a la Enseñanza Distinguida en el MIT, el premio a la Carrera Temprana de la División de Baterías de la Sociedad Electroquímica (ECS) y un Premio al Investigador Joven ECS-Toyota.

En estos días, Gallant piensa mejor mientras hace una lluvia de ideas con los miembros de su grupo de investigación y con su esposo, que también es académico. Ella dice que ser profesora en el MIT significa que tiene "una cola de cosas en las que pensar", pero a veces recibe una revelación.

“Mi cerebro se sobrecarga porque no puedo pensar en todo instantáneamente; ¡las ideas tienen que ponerse en línea! Así que hay muchas cosas sucediendo en segundo plano en todo momento”, dice ella. “No sé cómo funciona, pero a veces estoy dando un paseo o haciendo otra cosa y surge una idea. Esos son los divertidos”.

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