Профессор Бетар Галлант подходит к электрохимии с сильной склонностью, унаследованной от ее семьи, работать самостоятельно.

Бетар Галлант, доцент Массачусетского технологического института и заведующая кафедрой развития карьеры в области машиностроения 1922 года, выросла в любопытной, независимо мыслящих семье. Ее мать имела несколько рабочих мест на протяжении многих лет, в том числе в городском планировании и в геопространственной области. Ее отец, хотя формально обучался английскому языку, читал учебники всех видов от обложки до обложки, сам обучался многочисленным техническим областям, включая инженерное дело, и успешно работал в них. Когда Галлант была совсем маленькой, она и ее отец проводили научные эксперименты в подвале.
Это не было до тех пор, пока она не была в подростковом возрасте, хотя, она говорит, что она была вовлечена в науку. Ее отец, который заболел пять лет назад, умер, когда Галланту было 16 лет, и, скорбя, «когда я скучал по нему больше всего», она начала смотреть на то, что пленило ее отца.
«Я начал проявлять более глубокий интерес к вещам, над которыми он работал всю свою жизнь, чтобы почувствовать себя ближе к нему в его отсутствие»,-говорит Галлант. «Я провел несколько долгих месяцев одним летом, просматривая некоторые вещи, над которыми он работал, и обнаружил, что читаю учебники по физике. Этого было достаточно, и я был зацеплен».
Любовь к самостоятельному поиску и пониманию решений, которую она, очевидно, унаследовала от родителей, в конечном итоге привела ее к профессиональной любви всей ее жизни: электрохимии.
Будучи студентом Массачусетского технологического института, Галлант сделал проект программы исследований возможностей бакалавриата с исследовательской группой профессора Ян Шао-Хорн, которая прошла со второго курса через ее старшей диссертации. Это было первое официальное знакомство Галланта с электрохимией.
«Когда я встретил Янг, она очень быстро показала мне, насколько сложной и обогащающей может быть электрохимия, и было реальное убеждение и волнение в том, как она и члены ее группы говорили об исследованиях»,-говорит Галлант. «Это было совершенно поучительно, и мне повезло, что она была (относительно редкой) электрохимиком в машиностроительном отделе, иначе я, вероятно, не смог бы пойти по этому пути».
Галлант получил три степени в MIT ('08, SM '10 и PhD '13). До прихода на факультет Массачусетского технологического института в 2016 году она была постдокторантом премии Института нанонауки Кавли в Калифорнийском технологическом институте в отделе химии и химической инженерии.
Ее страсть к электрохимии очень огромна. «Электроны просто ослепительны-они питают большую часть нашего повседневного мира и являются ключом к возобновляемому будущему»,-говорит она, объясняя, что, несмотря на удивительный потенциал электронов, изолированные электроны не могут храниться и производиться по требованию, потому что «природа не позволяет накапливать чрезмерное количество дисбалансов заряда».
Электроны могут, однако, храниться на молекулах, в связях и в ионах металлов или неметаллических центрах, которые способны терять и приобретать электроны-до тех пор, пока происходит положительный перенос заряда для размещения электронов.
«Вот где химия подает голову»,-говорит Галлант. «Какие типы молекул или материалов могут вести себя таким образом? Как мы храним как можно больше заряда, делая вес и объем как можно более низкими?»
Галлант отмечает, что ранние разработчики батарей, использующие литий и ионы, создали технологию, которая «возможно, сформировала наш современный мир больше, чем любой другой.
«Если вы посмотрите на некоторые ранние работы, концепции того, как работал литий-ионный аккумулятор или анод из литиевого металла, были набросаны вручную-они были выведены на Если быть правдой, еще до того, как в этой области появились инструменты, чтобы доказать, что все механизмы действительно существуют, но даже сейчас эти идеи все еще оказываются правильными!»
Галлант говорит: «Это потому, что, если вы действительно понимаете основные принципы электрохимии, вы можете начать понимать, как будут вести себя системы. Как только вы сможете это сделать, вы действительно сможете начать разрабатывать лучшие материалы и устройства».
По-настоящему дочь ее отца, Галлант делает акцент на самостоятельном поиске решений.

В конечном счете, это гонка, чтобы иметь лучшие ментальные модели»,-говорит она. «Отличная лаборатория и много финансирования и персонала для ее запуска очень хороши, но самые ценные инструменты в наборе инструментов-это твердые ментальные модели и способ мышления об электрохимии, который на самом деле очень персонализирован в зависимости от исследователя».
Она говорит, что один проект с немедленным воздействием, который выходит из ее лаборатории Gallant Energy and Carbon Conversion Lab, связан с первичной (неперезаряжаемой) батареей, над коммерциализацией которой она и ее команда работают. Он включает в себя введение новых электрохимически активных электролитов в ведущие высокоэнергетические батареи по мере их сборки. Замена обычного электролита новым химическим составом уменьшает обычно неактивный вес батареи и существенно увеличивает энергию, говорит Галлант. Одним из важных применений таких батарей будет для медицинских устройств, таких как электростимуляторы.
«Если вы можете продлить срок службы, вы говорите о более длительном времени между инвазивными операциями по замене, что действительно влияет на качество жизни пациента»,-говорит она.
Команда Gallant также возглавляет усилия по созданию перезаряжаемых литий-ионных аккумуляторов с более высокой энергией для электромобилей. Ключом к ступенчатому изменению энергии и, следовательно, дальности движения является использование анода из литиевого металла вместо графита. Однако металл лития обладает высокой реакционной способностью со всеми электролитами батареи, и его интерфейс должен быть стабилизирован способами, которые все еще ускользают от исследователей. Команда Галланта разрабатывает руководящие принципы проектирования для таких интерфейсов, а также для электролитов следующего поколения для формирования и поддержания этих интерфейсов. Галлант говорит, что применение технологии для этой цели и ее коммерциализация будут «немного более долгосрочными, но я считаю, что это изменение литиевых анодов произойдет, и это просто вопрос времени».
Около шести лет назад, когда Галлант основала свою лабораторию, она и ее команда начали вводить углекислый газ в батареи как способ экспериментировать с электрохимическим преобразованием парникового газа. Она говорит, что они поняли, что батареи не представляют собой лучшую практическую технологию для смягчения CO2, но их эксперименты открыли новые пути для улавливания и преобразования углерода. «Эта работа позволила нам мыслить творчески, и мы начали понимать, что существует огромный потенциал для манипулирования реакциями CO2 путем тщательного проектирования электрохимической среды». Это привело ее команду к идее проведения электрохимических превращений на CO2 из захваченного состояния, связанного с захватным сорбентом, Замена энергозатрат-интенсивного этапа регенерации сегодняшних процессов улавливания и рационализация процесса.
«Теперь мы видим, как другие исследователи работают над этим, и рассматриваем эту идею в захватывающих направлениях-это очень сложная и очень богатая тема»,-говорит она.
Галант выиграл награды, включая Массачусетский технологический институт Bose стипендий, армии научно-исследовательского бюро молодых исследователей премии, Scialog стипендий в области хранения энергии и в отрицательных выбросов науки, КАРЬЕРА награду от Национального научного фонда, Рут и Джоэл Спира премии за выдающиеся преподавания в Массачусетском технологическом институте, Электрохимическое общество (ECS) Награда за раннюю карьеру аккумуляторного отдела и премия ECS-Toyota для молодых исследователей.
В эти дни Галлант делает некоторые из своих лучших мыслей, проводя мозговой штурм с членами своей исследовательской группы и со своим мужем, который также является академиком. Она говорит, что, будучи профессором в Массачусетском технологическом институте, у нее есть «очередь вещей, о которых нужно подумать», но иногда она получает откровение.
«Мой мозг перегружен, потому что я не могу продумать все мгновенно; идеи должны встать в очередь! Так что в фоновом режиме все время происходит много всего»,-говорит она. «Я не знаю, как это работает, но иногда я иду на прогулку или занимаюсь чем-то другим, и идея прорывается. Это те самые забавные люди».