Betar Gallant教授在处理电化学问题时，有一种从她的家庭继承下来的强烈倾向，即独立解决问题。
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2022-09-26 09:48
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该文章首次发表于《麻省理工学院》。
麻省理工学院副教授、1922级机械工程专业职业发展讲座教授贝塔-加兰特在一个充满好奇心和独立思考的家庭中长大。她的母亲多年来从事过多种工作，包括城市规划和地理空间领域的工作。她的父亲虽然接受过正式的英语培训，但却把各种教科书从头到尾读了一遍，自学了包括工程在内的许多技术领域，并成功地在这些领域工作。加兰很小的时候，她和父亲在地下室做科学实验。
不过，直到她十几岁的时候，她说她才被吸引到科学中。她的父亲在五年前生病，在加兰特16岁时去世，在悲痛的时候，"当我最想念他的时候，"她开始研究吸引她父亲的东西。
"我开始对他一生都在研究的东西产生更深的兴趣，作为在他不在的时候感觉与他更亲近的一种方式，"加兰特说。"有一年夏天，我花了几个月的时间来查阅他所研究的一些东西，发现自己在阅读物理学教科书。这就够了，我被迷住了。"
她对独立寻找和理解解决方案的热爱，显然是从她的父母那里继承来的，最终把她带到了她生命中的专业爱好：电化学。
作为麻省理工学院的本科生，盖伦特在杨绍宏教授的研究小组做了一个本科生研究机会计划项目，该项目从她的大二一直持续到她的毕业论文。这是盖伦第一次正式接触到电化学。
"当我遇到杨少宏时，她很快就向我展示了电化学的挑战性和丰富性，她和她的小组成员在谈论研究时有真正的信念和兴奋感，"Gallant说。"这完全是大开眼界，我很幸运，她是机械工程系的一名（相对罕见的）电化学家，否则我很可能无法走这条路。"
Gallant在麻省理工学院获得了三个学位（08年，SM'10年，13年博士）。在2016年加入麻省理工学院教师队伍之前，她是加州理工学院化学和化学工程系的卡夫利纳米科学研究所奖博士后研究员。
她对电化学的热情是巨大的。"电子实在令人眼花缭乱--它们为我们日常世界的许多事物提供动力，也是可再生未来的关键。"她解释说，尽管电子具有惊人的潜力，但孤立的电子无法按需储存和生产，因为 "自然界不允许积累过多的电荷不平衡"。
然而，电子可以被储存在分子上，储存在债券中，储存在能够失去和获得电子的金属离子或非金属中心--只要发生正电荷转移以容纳电子。
"这就是化学反应的地方，"Gallant说。"什么类型的分子或材料能够以这种方式行事？我们如何在使重量和体积尽可能低的情况下储存尽可能多的电荷？"
盖兰特指出，早期使用锂和离子的电池开发者建立了一种技术，"可以说比其他任何技术都更能塑造我们的现代世界。
"如果你看一些早期的论文，关于锂离子电池或锂金属阳极如何工作的概念是用手画出来的--它们已经被推断为真实的，当时该领域甚至还没有工具来证明所有的机制是实际发生的--然而即使现在，这些想法仍然被证明是正确的！"
加兰特说，"那是因为如果你真正理解了电化学的基本原理，你就可以开始凭直觉判断系统将如何表现。一旦你能做到这一点，你就可以真正开始设计更好的材料和设备。"
加兰特确实是她父亲的女儿，她的重点是独立地寻找解决方案。
归根结底，这是一场拥有最佳心理模型的竞赛，"她说。她说："一个伟大的实验室和大量的资金和人员来运行它是非常好的，但工具箱中最有价值的工具是坚实的心理模型和思考电化学的方式，这实际上是非常个性化的，取决于研究人员。"
她说，从她的盖伦特能源和碳转换实验室出来的一个具有直接影响的项目与她和她的团队正在努力商业化的初级（非充电）电池工作有关。它涉及到在组装领先的高能电池时将新的电化学活性电解质注入其中。Gallant说，用新的化学成分取代传统的电解质，减少了电池通常不活跃的重量，并大大提升了能量。这种电池的一个重要应用是用于医疗设备，如心脏起搏器。
"她说："如果你能延长使用寿命，你就意味着在有创的更换手术之间有更长的时间，这确实会影响病人的生活质量。
加兰特的团队也在领导为电动汽车实现更高能量的可充电锂离子电池的努力。在能量方面实现阶梯式变化的关键是使用锂金属阳极来代替石墨。然而，锂金属与所有的电池电解质都具有高度的反应性，其界面需要以研究人员仍无法理解的方式进行稳定。Gallant的团队正在为这种界面和下一代电解质开发设计指南，以形成和维持这些界面。Gallant说，将该技术应用于该目的并将其商业化将是 "一个稍长的时间，但我相信这种对锂阳极的改变将会发生，而这只是一个时间问题。"
大约六年前，当Gallant成立她的实验室时，她和她的团队开始将二氧化碳引入电池，作为实验温室气体电化学转换的一种方式。她说，他们意识到，电池并不是缓解二氧化碳的最佳实用技术，但他们的实验确实为碳捕获和转化开辟了新的道路。"这项工作使我们能够创造性地思考，我们开始意识到，通过精心设计电化学环境，有巨大的潜力来操纵二氧化碳反应。" 这使她的团队产生了这样的想法，即对与捕集吸附剂结合的捕集状态的二氧化碳进行电化学转化，取代今天捕集过程中能量密集的再生步骤并简化过程。
"她说："现在我们看到其他研究人员也在研究这个问题，并把这个想法带向令人兴奋的方向--这是一个非常具有挑战性和非常丰富的课题。
加兰特获得的奖项包括麻省理工学院博斯奖学金、陆军研究办公室青年研究员奖、能源储存和负排放科学领域的Scialog奖学金、国家科学基金会的CAREER奖、鲁斯和乔尔-斯皮拉的麻省理工学院杰出教学奖、电化学学会（ECS）电池部早期职业奖以及ECS-丰田青年研究员奖。
这些天来，盖兰特在与她的研究小组成员和她的丈夫（也是一名学者）进行头脑风暴时，做了一些她最好的思考。她说，作为麻省理工学院的教授，意味着她有 "很多事情需要思考"，但她有时会获得启示。
"我的大脑会超负荷运转，因为我不能瞬间想完所有事情；想法必须排队！"。所以背景中一直有很多事情在进行，"她说。"我不知道它是如何运作的，但有时我会去散步或做其他事情，然后一个想法就出现了。这些都是有趣的事情。"
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