Para Hugh Smith, o desafio de construir um futuro com segurança energética não se resume a criar a "melhor" bateria do mundo. Trata-se de projetar a bateria certa para a tarefa certa.

Como aluno de doutorado do quinto ano no Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais do MIT, Smith estuda baterias de íon-sódio, uma alternativa emergente às baterias de íon-lítio que alimentam desde smartphones a veículos elétricos. Ao substituir minerais críticos caros, como lítio, níquel e cobalto, por elementos mais facilmente disponíveis, como sódio, ferro e manganês, sua pesquisa visa tornar o armazenamento de energia mais acessível e sustentável.

“Há muito tempo acredito que o maior problema de engenharia que a humanidade enfrenta é a transição para a energia limpa”, diz Smith. “As baterias são um gargalo crítico nessa transição.”

Criado em Albany, Nova Iorque, Smith sentiu-se atraído pela ciência dos materiais por ela combinar duas de suas matérias favoritas: química e matemática. O que o manteve interessado, no entanto, foi a capacidade da área de influenciar praticamente todos os aspectos da vida cotidiana.

“Sempre que você interage com um material sólido, existem pessoas que projetaram esse material intencionalmente para um propósito específico”, diz ele.

Essa ideia de projetar materiais com uma aplicação prática acabou levando-o às baterias. Depois de se formar em ciência dos materiais pela Case Western Reserve University, Smith veio para o MIT para explorar como novas composições químicas para baterias poderiam reduzir custos sem sacrificar o desempenho.

Os consumidores geralmente desejam baterias que carreguem rapidamente, durem anos, armazenem grandes quantidades de energia e permaneçam baratas. Mas, na realidade, melhorar uma característica dessa tecnologia geralmente significa comprometer outra. Uma bateria de smartphone, por exemplo, prioriza a densidade de energia e a longa vida útil, enquanto uma bateria que armazena eletricidade para a rede elétrica não precisa ser leve ou compacta. Em vez disso, o custo e a confiabilidade tornam-se as considerações mais importantes.

Em vez de buscar uma solução abrangente, Smith se concentra em encontrar o equilíbrio certo para aplicações específicas, muitas vezes conciliando prioridades conflitantes. Em vez de fortalecer uma única característica, Smith trabalha para maximizar o máximo possível de componentes da bateria, incluindo custo, desempenho, sustentabilidade e confiabilidade, dependendo de como ela será usada.

“Trata-se de tentar equilibrar tudo”, diz ele. “Não se trata de privilegiar excessivamente algumas propriedades em detrimento de outras.” 

As baterias de íon-sódio estudadas por Smith podem, eventualmente, oferecer opções de menor custo para redes elétricas ou veículos elétricos mais acessíveis. Como as baterias de íon-sódio podem ser fabricadas, em grande parte, utilizando a mesma infraestrutura já desenvolvida para as baterias de íon-lítio, elas também oferecem um caminho potencialmente mais tranquilo para a comercialização do que muitas outras tecnologias de baterias emergentes.

A trajetória de Smith na pós-graduação foi marcada tanto pelo processo de aprendizado de como fazer pesquisa quanto pela própria ciência. Ele ingressou em um grupo de pesquisa recém-criado no MIT como seu primeiro aluno de pós-graduação e ajudou a estabelecer o laboratório dirigido pelo Professor Iwnetim Abate. Sem alunos de pós-graduação mais experientes ou pós-doutorandos a quem recorrer para orientação diária, ele frequentemente precisava aprender sozinho novas técnicas e como solucionar problemas quando algo dava errado.

Ele afirma que a experiência o transformou em um pesquisador mais independente e em alguém disposto a mergulhar de cabeça em problemas desconhecidos.

Antes de iniciar a pós-graduação, Smith passou sete meses no Centro de Inovação em Baterias em Newberry, Indiana, uma experiência que ampliou sua compreensão de como as descobertas científicas se transformam em tecnologias reais. Trabalhar ao lado de cientistas de materiais, químicos, engenheiros mecânicos e engenheiros químicos mostrou a ele que nenhuma disciplina isoladamente consegue resolver os desafios do desenvolvimento de baterias.

“Isso exige um enorme esforço de equipe”, diz Smith. “Exige muitos tipos diferentes de conhecimento.”

Ele afirma que a experiência também o ajudou a entender melhor onde sua própria especialização poderia ter o maior impacto e quando a colaboração interdisciplinar é essencial.

Fora do laboratório, Smith reserva um tempo para se manter ativo por meio do programa de esportes intramuros do MIT, onde joga futebol, ultimate frisbee, futebol americano e vôlei em times com outros estudantes de pós-graduação. Os jogos oferecem uma oportunidade para relaxar após longos dias de pesquisa, além de fortalecer as amizades que construiu durante a pós-graduação. Ele também gosta de pescar na região de Boston com os amigos e explorar as cidades costeiras, museus e locais históricos da Nova Inglaterra.

Enquanto se prepara para se formar no inverno e seguir carreira em pesquisa e desenvolvimento de baterias, Smith espera continuar projetando tecnologias que apoiem a transição para energia limpa. 

“Muitas pessoas inteligentes já tornaram a energia eólica e solar muito baratas”, diz Smith. “A questão é a confiabilidade, e as baterias podem ajudar a resolver esse problema. Espero que o trabalho que estou desenvolvendo ajude a viabilizar, de forma acessível, a transição para uma rede elétrica alimentada por energia limpa e confiável, e para uma rede de transporte eletrificada.”