Stresses generated during the hydrogen extraction from and injection into the $Ni(OH)_2$/NiOOH film electrode in 0.1 M KOH solution have been analysed by using laser beam deflection technique combined with potentiostatic current transient and quartz crystal microbalance (QCM) techniques. From the values of the film thickness measured, the time to complete phase transformation observed and of the potential step given between the hydrogen extraction/injection potential and plateau potential, the velocity and the mobility of phase boundary movement (PBM) were determined to be $2.34 X 10^{-6}$ to $5.85 X 10^{-6} cm s^{-1}$ and $1.56 X 10^{-5}$ to $1.17 X 10^{-4} cm s^{-1} V{-1}$, respectively. The larger mobility for PBM during the hydrogen injection than that during the hydrogen extraction indicates that the PBM is more facile during the hydrogen injection than that during the hydrogen extraction. From the mass change measured from QCM, it is suggested that, during the hydrogen extraction, the PBM continues until the insertion of $K^{+}$ ions begins to occur simultaneously with the desertion of $H_2O$ molecules. During the hydrogen injection, the PBM is accompanied by the desertion of $K^{+}$ ions, followed by the insertion of $H_2O$ molecules at the electrode/electrolyte interface. The tensile and compressive deflections measured during the hydrogen extraction from and injection into the $Ni(OH)_2$/NiOOH electrode, respectively, rose sharply and then were relaxed to a small extent. From current transient, mass change transient and deflection transient simultaneously measured, it is suggested that the occurrence of sharp tensile and compressive movements in the initial stage is traced back to the PBM and the following relaxation of tensile and compressive deflections is attributed to the desertion/insertion of $H_{2}O$ molecules. Most of stresses developed during the hydrogen extraction and injection originate mainly from the PBM, not the desertion/insertion of $K^{+}$ ions and $H_{2}O$ molecules.
$Ni(OH)_{2}$/NiOOH 전극은 Ni/Cd, Ni/MH 이차전지에서 cathode 재료로서 널리 연구되어지고 있다. $Ni(OH)_2$/NiOOH 전극은 α-$Ni(OH)_2$/γ-NiOOH couple이 있는 것으로 알려져 있다. β-$Ni(OH)_2$/β-NiOOH couple은 α-$Ni(OH)_2$/$γ-NiOOH couple보다 charge capacity가 작기 때문에 고용량 전지를 제조하기 위해서는 α-$Ni(OH)_2$/γ-NiOOH couple로 cathode 재료를 대치해야 한다. 그러나 충방전시 α-$Ni(OH)_2$ 와 γ-NiOOH의 부피차이로 인해 발생되는 응력으로 인해 전극이 degradation 되고 charge capacity가 감소된다는 단점이 있다.
본 연구에서는 0.1 몰 KOH 용액내에 있는 $Ni(OH)_2$/NiOOH 전극으로부터 수소가 extraction 되거나 전극내로 injection 되는 동안 발생되는 응력을 전류 transient 방법과 결합된 수정 진동자 미소 질량법, 레이져 빔 반사법으로 조사하였다. 계산된 박막의 두께와 상변태가 끝나는 시간 그리고 포텐셜 평탄대와 수소 extraction/injection 포텐셜의 차이인 구동력으로부터 상계면 이동속도와 상계면 이동도는 각각 $2.34 X 10^{-6}$ 부터 $5.85 X 10^{-6} cm s^{-1}$ 그리고 $1.56 X 10^{-5}$ 부터 $1.17 X 10^{-4} cm s^{-1} V^{-1}$ 까지의 값들을 갖는다는 것을 알 수 있었다. 수소가 injection 되는 동안 결정된 상계면 이동도는 수소가 extraction 되는 동안 결정된 상계면 이동도보다 더 큰 값을 갖는다는 것으로부터 상계면의 이동은 수소가 extraction 될 때보다 수소가 injection 될 때 더 용이하다는 것을 알 수가 있었다. 수정 진동자 미소 질량법으로부터 측정된 질량 변화로부터 수소가 extraction 되는 동안에는 상계면의 이동이 완료된 후 $K^{+}$의 insertion 과 $H_2O$의 desertion이 동시에 전극/전해질 계면에서 일어나며 수소가 injection 되는 동안에는 상계면 이동이 $K^{+}$의 insertion과 함께 완료된 후에 전극/전해질 계면에서 $H_2O$의 insertion이 일어난다는 것을 제안 하였다. 수소가 $Ni(OH)_2$/NiOOH 전극으로부터 extraction 되거나 전극내로 injection 되는 동안에 얻어진 tensile 및 compressive deflection 들은 각각 급격히 증가되다 약간 감소되는 경향을 나타내었다. 측정된 전류, 질량 그리고 deflection transient로부터 수소 extraction 및 injection시 발생되는 대부분의 응력은 상계면 이동에 의해 발생되고 $H_2O$의 desertion 및 insertion은 응력 발생에 큰 영향을 못 미친다는 것을 제안하였다.
