[한국기술뉴스] 중앙대학교 기계공학부 이상민 교수 연구팀이 자전거 타이어 내부에 삽입해 자가 발전 전력을 만들어내는 정전소자 기술을 개발하는 데 성공했다. 외부 부착과 그에 따른 탈착 위험성, 주행 안전성 감소 등 기존 자전거용 정전소자의 한계를 극복했다는 점에서 안전등과 타이어 압력 센서 등 다양한 주변기기로의 활용이 기대된다.

기계공학부 이상민 교수와 대학원 기계공학과 손진호·허덕재 학생 연구팀이 높은 신뢰도를 가진 자전거 타이어 내부 삽입형 정전소자를 개발했다. 

정전소자(Triboelectric Nanogenerator)는 두 물질이 마찰할 때 발생하는 정전기와 정전기 유도현상을 이용한 에너지 발생 장치다. 간단한 제조공정, 저렴한 재료비용, 높은 전력밀도 등 많은 장점을 지닌 정전소자는 버려지는 에너지를 이용해 전기를 생산하는 에너지 수확(Energy Harvesting) 기술이 주목을 받음에 따라 최근 들어 더 큰 각광을 받고 있다. 기존에도 자전거에서 발생하는 기계적 에너지를 정전소자를 통해 수확해 작은 전자기기나 자가발전형 센서의 에너지원으로 사용하려는 연구가 여러 차례 보고됐다. 하지만, 자전거 외부에 부착되는 독립적 구조란 점이 문제로 지목됐다. 지속적인 자전거 주행 시 반복적인 마찰·진동, 외부 환경 요소에 의해 탈착될 수 있기 때문이다. 이는 정전소자 시스템의 내구도와 출력 신뢰성 문제로 이어진다. 또한, 외부에 추가로 부착된 정전소자로 인해 주행 안전성이 감소하는 단점도 존재했다. 

이상민 교수 연구팀이 개발한 고신뢰도 출력을 지닌 자전거 타이어 내부 삽입형 정전소자는 타이어 내부에 완전 삽입되는 구조이기에 기존 문제점들로부터 자유롭다. 또한, 일반 상업용 타이어와 동일한 기계적 특성을 지니면서도 12만회의 사이클 동안 지속적이고 안정적으로 정전기적 출력을 발생시키는 것으로 나타났다. 연구팀은 실제 정전소자로부터 발생되는 출력을 통해 자가 발전형 타이어 압력 센서와 자전거 안전등을 구동하는 데 성공했다. 

상세한 연구 내용은 ‘자가 발전형 안전등과 타이어 압력 센서로 활용 가능한 고신뢰도 출력의 자전거 타이어 내부 삽입형 정전소자(Highly reliable triboelectric bicycle tire as self-powered bicycle safety light and pressure sensor)’ 논문을 통해 확인 가능하다. 해당 논문은 피인용지수(Impact Factor) 17.881을 기록한 에너지 분야의 세계적 학술지 ‘Nano Energy’에 게재됐다. 

이상민 교수는 “이번 연구는 자전거로부터 에너지를 수확하는 기존 정전소자 연구의 구조적 한계를 극복한 것”이라며 “안정적인 자전거 주행과 신뢰성 높은 출력 두 가지를 모두 달성하는 성과를 거뒀다”고 말했다.